2025年全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽試卷及答案

2025年全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽試卷及答案一、力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證胡克定律

（1）胡克定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中使用的彈簧的勁度系數(shù)k如何測(cè)定？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)中如何調(diào)整彈簧的伸長(zhǎng)量？

（5）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

答案：

（1）F=kx

（2）通過測(cè)量彈簧的伸長(zhǎng)量x和施加的力F，利用胡克定律計(jì)算勁度系數(shù)k。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保彈簧的伸長(zhǎng)量在彈性限度內(nèi)、多次測(cè)量取平均值、減少外界干擾等。

（4）通過調(diào)整砝碼的質(zhì)量來改變施加在彈簧上的力，從而調(diào)整彈簧的伸長(zhǎng)量。

（5）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成F-x圖象，利用線性擬合方法求出勁度系數(shù)k。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證牛頓第二定律

（1）牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量加速度a？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變物體所受的合外力？

答案：

（1）F=ma

（2）通過測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t和位移s，利用公式a=s/t^2計(jì)算加速度a。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)、多次測(cè)量取平均值、減少外界干擾等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成a-F圖象，利用線性擬合方法求出物體的質(zhì)量m。

（5）通過改變砝碼的質(zhì)量來改變物體所受的合外力。

二、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：測(cè)量水的比熱容

（1）水的比熱容的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量水的溫度變化？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變水的質(zhì)量？

答案：

（1）c=Q/mΔt

（2）通過測(cè)量水在加熱前后的溫度差Δt，利用公式c=Q/mΔt計(jì)算水的比熱容。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保水充分混合、多次測(cè)量取平均值、減少熱量損失等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成c-Q圖象，利用線性擬合方法求出水的比熱容。

（5）通過改變水的質(zhì)量來改變實(shí)驗(yàn)條件。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證熱力學(xué)第一定律

（1）熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量熱量Q？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變物體的內(nèi)能？

答案：

（1）ΔU=Q+W

（2）通過測(cè)量物體在加熱過程中吸收的熱量Q和對(duì)外做功W，利用公式ΔU=Q+W計(jì)算物體的內(nèi)能變化ΔU。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保熱量傳遞充分、多次測(cè)量取平均值、減少熱量損失等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成ΔU-Q圖象，利用線性擬合方法求出物體的內(nèi)能變化ΔU。

（5）通過改變物體的溫度來改變物體的內(nèi)能。

三、光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證光的折射定律

（1）光的折射定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量入射角i和折射角r？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變?nèi)肷浣莍？

答案：

（1）n1sin(i)=n2sin(r)

（2）通過測(cè)量入射光線和折射光線與法線的夾角，分別得到入射角i和折射角r。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保入射光線垂直于界面、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成sin(i)-sin(r)圖象，利用線性擬合方法求出折射率n。

（5）通過改變?nèi)肷涔饩€的角度來改變?nèi)肷浣莍。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證光的干涉現(xiàn)象

（1）光的干涉現(xiàn)象的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量干涉條紋間距Δx？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變光程差Δ？

答案：

（1）Δx=λL/d

（2）通過測(cè)量干涉條紋間距Δx，利用公式Δx=λL/d計(jì)算光程差Δ。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保光程差Δ在可見范圍內(nèi)、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成Δx-Δ圖象，利用線性擬合方法求出波長(zhǎng)λ。

（5）通過改變光程差Δ來改變實(shí)驗(yàn)條件。

四、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律

（1）法拉第電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量電動(dòng)勢(shì)E？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變磁通量變化率ΔΦ/Δt？

答案：

（1）E=-dΦ/dt

（2）通過測(cè)量感應(yīng)電流I和線圈匝數(shù)N，利用公式E=-dΦ/dt計(jì)算電動(dòng)勢(shì)E。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保線圈匝數(shù)N準(zhǔn)確、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成E-ΔΦ/Δt圖象，利用線性擬合方法求出電動(dòng)勢(shì)E。

（5）通過改變磁通量變化率ΔΦ/Δt來改變實(shí)驗(yàn)條件。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證安培環(huán)路定理

（1）安培環(huán)路定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量電流I？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變環(huán)路長(zhǎng)度L？

答案：

（1）∮B·dl=μ0I

（2）通過測(cè)量電流I和環(huán)路長(zhǎng)度L，利用公式∮B·dl=μ0I計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度B。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保電流I準(zhǔn)確、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成B-I圖象，利用線性擬合方法求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B。

（5）通過改變環(huán)路長(zhǎng)度L來改變實(shí)驗(yàn)條件。

五、原子物理實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證玻爾理論

（1）玻爾理論的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量氫原子光譜線的波長(zhǎng)λ？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變氫原子光譜線的波長(zhǎng)λ？

答案：

（1）E_n=-13.6eV/n^2

（2）通過測(cè)量氫原子光譜線的波長(zhǎng)λ，利用公式E_n=-13.6eV/n^2計(jì)算能級(jí)差ΔE。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保光譜線的波長(zhǎng)λ準(zhǔn)確、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成ΔE-λ圖象，利用線性擬合方法求出能級(jí)差ΔE。

（5）通過改變氫原子光譜線的波長(zhǎng)λ來改變實(shí)驗(yàn)條件。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證電子的德布羅意波長(zhǎng)

（1）德布羅意波長(zhǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量電子的德布羅意波長(zhǎng)λ？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變電子的動(dòng)量p？

答案：

（1）λ=h/p

（2）通過測(cè)量電子的動(dòng)量p，利用公式λ=h/p計(jì)算德布羅意波長(zhǎng)λ。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保電子的動(dòng)量p準(zhǔn)確、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成λ-p圖象，利用線性擬合方法求出德布羅意波長(zhǎng)λ。

（5）通過改變電子的動(dòng)量p來改變實(shí)驗(yàn)條件。

六、現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證光電效應(yīng)

（1）光電效應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量光電子的最大初動(dòng)能Ekm？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變?nèi)肷涔獾念l率ν？

答案：

（1）Ekm=hν-W

（2）通過測(cè)量光電子的最大初動(dòng)能Ekm和入射光的頻率ν，利用公式Ekm=hν-W計(jì)算逸出功W。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保光電子的最大初動(dòng)能Ekm準(zhǔn)確、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成Ekm-ν圖象，利用線性擬合方法求出逸出功W。

（5）通過改變?nèi)肷涔獾念l率ν來改變實(shí)驗(yàn)條件。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證康普頓效應(yīng)

（1）康普頓效應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

（2）實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量散射光子的波長(zhǎng)λ'？

（3）如何減小實(shí)驗(yàn)誤差？

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理？

（5）實(shí)驗(yàn)中如何改變散射角度θ？

答案：

（1）λ'=λ+Δλ

（2）通過測(cè)量散射光子的波長(zhǎng)λ'和入射光子的波長(zhǎng)λ，利用公式λ'=λ+Δλ計(jì)算散射光子的波長(zhǎng)λ'。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保散射光子的波長(zhǎng)λ'準(zhǔn)確、多次測(cè)量取平均值、減小測(cè)量誤差等。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成λ'-λ圖象，利用線性擬合方法求出散射光子的波長(zhǎng)λ'。

（5）通過改變散射角度θ來改變實(shí)驗(yàn)條件。

本次試卷答案如下：

一、力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證胡克定律

（1）F=kx

解析：胡克定律描述了彈簧的伸長(zhǎng)量與其所受的力成正比的關(guān)系，其中F是力，k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧的伸長(zhǎng)量。

（2）通過測(cè)量彈簧的伸長(zhǎng)量x和施加的力F，利用胡克定律計(jì)算勁度系數(shù)k。

解析：首先，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同力F下的彈簧伸長(zhǎng)量x，然后使用公式k=F/x計(jì)算勁度系數(shù)k。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保彈簧的伸長(zhǎng)量在彈性限度內(nèi)、多次測(cè)量取平均值、減少外界干擾等。

解析：彈簧的伸長(zhǎng)量應(yīng)在彈性限度內(nèi)，以保證胡克定律的適用性。多次測(cè)量取平均值可以減少隨機(jī)誤差，減少外界干擾可以減少系統(tǒng)誤差。

（4）通過調(diào)整砝碼的質(zhì)量來改變施加在彈簧上的力，從而調(diào)整彈簧的伸長(zhǎng)量。

解析：通過增加或減少砝碼的質(zhì)量，可以改變彈簧所受的力，從而改變彈簧的伸長(zhǎng)量。

（5）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成F-x圖象，利用線性擬合方法求出勁度系數(shù)k。

解析：將力F與伸長(zhǎng)量x的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制成圖象，然后通過線性擬合得到最佳擬合直線，其斜率即為勁度系數(shù)k。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證牛頓第二定律

（1）F=ma

解析：牛頓第二定律描述了物體的加速度與其所受的合外力成正比，與其質(zhì)量成反比的關(guān)系，其中F是合外力，m是物體的質(zhì)量，a是加速度。

（2）通過測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t和位移s，利用公式a=s/t^2計(jì)算加速度a。

解析：首先，測(cè)量物體在一段時(shí)間t內(nèi)的位移s，然后使用公式a=s/t^2計(jì)算加速度a。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)、多次測(cè)量取平均值、減少外界干擾等。

解析：確保物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)是牛頓第二定律成立的前提。多次測(cè)量取平均值和減少外界干擾可以減少誤差。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成a-F圖象，利用線性擬合方法求出物體的質(zhì)量m。

解析：將加速度a與合外力F的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制成圖象，然后通過線性擬合得到最佳擬合直線，其斜率即為物體的質(zhì)量m。

（5）通過改變砝碼的質(zhì)量來改變物體所受的合外力。

解析：通過改變砝碼的質(zhì)量，可以改變物體所受的合外力，從而改變物體的加速度。

二、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)一：測(cè)量水的比熱容

（1）c=Q/mΔt

解析：比熱容c是單位質(zhì)量物質(zhì)溫度升高1攝氏度所需的熱量Q，與質(zhì)量m和溫度變化Δt的比值。

（2）通過測(cè)量水在加熱前后的溫度變化Δt，利用公式c=Q/mΔt計(jì)算水的比熱容。

解析：首先，測(cè)量水加熱前后的溫度變化Δt，然后通過測(cè)量水吸收的熱量Q，使用公式c=Q/mΔt計(jì)算比熱容。

（3）減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法包括：確保水充分混合、多次測(cè)量取平均值、減少熱量損失等。

解析：確保水充分混合可以保證溫度變化均勻，多次測(cè)量取平均值可以減少隨機(jī)誤差，減少熱量損失可以減少系統(tǒng)誤差。

（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成c-Q圖象，利用線性擬合方法求出水的比熱容。

解析：將比熱容c與吸收的熱量Q的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制成圖象，然后通過線性擬合得到最佳擬合直線，其斜率即為水的比熱容。

（5）通過改變水的質(zhì)量來改變實(shí)驗(yàn)條件。

解析：通過改變水的質(zhì)量，可以改變實(shí)驗(yàn)條件，從而得到不同的比熱容值。

2.實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證熱力學(xué)第一定律

（1）ΔU=Q+W

解析：熱力學(xué)第一定律描述了能量守恒定律，即系統(tǒng)內(nèi)能的變化ΔU等于系統(tǒng)吸收的熱量Q與對(duì)外做功W的和。

（2）通過測(cè)量物體在加熱過程中吸收的熱量Q和對(duì)外做功W，利用公式ΔU=Q+W計(jì)算物體的內(nèi)能變化ΔU。

解析：首先，測(cè)量物體在加熱過程中吸收的熱量Q和對(duì)外做功W，然后使用公式ΔU=Q+W計(jì)算內(nèi)能變化Δ