第二届全国大学生物理实验竞赛试卷

附件1：2020年全国大学生物理实验竞赛（创新）命题类课题题目题目1：扩散系数测量（题目来源：广东2020）目的：1)观测液体或固体颗粒物的扩散规律；2)研究扩散机制及其影响因素；3)测量扩散系数。

要求：1)设计实验方案；2)制作一个实验装置，讨论测量精度和不确定度；3)实物装置水平尺寸不超过0.7×1.0m2。

考核方式（规范）：1)文件（含实验报告、PPT和介绍视频）a)描述对题意的理解，目标定位；b)实验原理与方案；c)装置设计（含系统误差分析）；d)装置的实现；e)实验数据与分析；f)性能指标（测量范围、精确度、响应时间）；g)结论。

2)实物装置a)规格：尺寸、重量；b)成本。

题目2：应用声学原理操控物质空间定位（题目来源：广东2020、卓越联盟2020、安徽2020）目的（从1）和2)中选其一）：1)实现固体颗粒或者液滴的声控悬浮；2)对空气或液体中的轻小物体实现束缚及移动；3)探索非声学因素对上述操控的影响。

要求：1)声学操控原理与方案设计；2)装置设计与制作装置；3)实现固体颗粒或者液滴在液体或固体中的定位或移动（装置动或是不动）；4)分析其物理机制与操控效果（见性能）；5)实物装置面积尺寸不超过0.7×1.2m2。

考核方式（规范）：1)文件（含实验报告、PPT和介绍视频）a)描述对题意的理解、问题的定位（选择）；b)悬浮原理和方案；c)装置设计（含系统误差分析）；d)装置的实现；e)测控数据与性能评估；f)性能指标（被悬浮物重量/装置功耗、悬浮时间与稳定度、易操控性）；g)结论。

2)实物装置a)功能：定位、移动（装置不动）、移动（随装置动）；b)规格：尺寸、重量；c)成本。

题目3：设计制作一种支持物理实验的变温装置；（题目来源：河南2020）目的：设计制作一种支持物理实验的变温装置。

要求：1)设计实验方案；2)制作一个变温装置，讨论温度控制效果和精度等；3)温度变化范围不小于-30℃到100℃，温控区域不小于2*2*2cm3。

第2届大学生物理竞赛试卷（2009年4月25日） 时间150分钟 满分120分一、填空题（共52分） 1、（4分）人造地球卫星绕地球作圆周运动，由于受到空气摩擦阻力，人造卫星速度____________（填减小或增大或不变），轨道半径________________（填减小或增大或不变）。

2、（4分）面积为S 的接地金属板，距板为d 处有一点电荷q +（q 很小），则板上离点电荷最近处的感应电荷面密度为___________________________。

3、（4分）半圆形载流线圈，半径为R ，电流为I 与B 共面，且直径与B 夹角为θ。

则线圈受的磁力矩大小为_____________________；方向___________________。

4、（3分）从单一热源吸取热量并将其完全用来对外作功，则[ ]（请选A 或B 并填空） A 、此过程违反热力学第二定律；B 、此过程不违反热力学第二定律，例如_______________过程就是这种情况。

5、（4分）图中MN 为某理想气体的绝热曲线，ABC 是任意过程，箭头表示过程进行的方向，ABC 过程结束后气体的温度_______________（填增加、减小或不变）；气体所吸收的热量为_______________（填正、负或零）。

6、（6分）标准声源能发出频率为250.0o Hz ν=的声波，一音叉与该标准声源同时发声，产生频率为1.5Hz 的拍音，若在音叉的臂上粘上一小块橡皮泥，则拍频增加，音叉的固有频率ν_________________；将上述音叉置于盛水的玻璃管口，调节管中水面的高度，当管中空气柱高度L 从零连续增加时，发现在0.34L m =和1.03m 时相继产生两次共鸣，由以上数据算得声波在空气中的传播速度_________________________。

7、（5分）一容器内储有1mol 氧气，其压强为1atm ，温度为27℃，则单位体积中的分子数n =__________________，分子的平均速率v =____________________；氧气的内能E =______________________。

姓名 班级 学号 ………密……….…………封…………………线…………………内……..………………不……………………. 准…………………答…. …………题…大学课程《大学物理（二）》能力检测试卷A 卷 含答案考试须知：1、考试时间：120分钟，本卷满分为100分。

2、请首先按要求在试卷的指定位置填写您的姓名、班级、学号。

3、请仔细阅读各种题目的回答要求，在密封线内答题，否则不予评分。

一、填空题（共10小题，每题2分，共20分）1、某人站在匀速旋转的圆台中央，两手各握一个哑铃，双臂向两侧平伸与平台一起旋转。

当他把哑铃收到胸前时，人、哑铃和平台组成的系统转动的角速度_____。

2、质量为的物体，初速极小，在外力作用下从原点起沿轴正向运动，所受外力方向沿轴正向，大小为。

物体从原点运动到坐标为点的过程中所受外力冲量的大小为_________。

3、一质点作半径为R 的匀速圆周运动，在此过程中质点的切向加速度的方向______，法向加速度的大小______。

（填“改变”或“不变”）4、一个半径为、面密度为的均匀带电圆盘，以角速度绕过圆心且垂直盘面的轴线旋转；今将其放入磁感应强度为的均匀外磁场中，的方向垂直于轴线。

在距盘心为处取一宽度为的圆环，则该带电圆环相当的电流为________，该电流所受磁力矩的大小为________ ，圆________盘所受合力矩的大小为________。

5、某一波长的X 光经物质散射后，其散射光中包含波长________和波长________的两种成分，其中_________的散射成分称为康普顿散射。

6、二质点的质量分别为、. 当它们之间的距离由a 缩短到b 时，万有引力所做的功为____________。

7、一质点同时参与了两个同方向的简谐振动，它们的振动方程分别为（SI ），（SI ）.其合振运动的振动方程为x ＝____________。

8、花样滑冰运动员绕通过自身的竖直轴转动，开始时两臂伸开，转动惯量为，角速度为；然后将两手臂合拢，使其转动惯量变为，则转动角速度变为_______。

北京林业大学物理学Ⅱ试卷 （一）姓名 班级 学号 成绩一、填空（每空2分，共60分）1. 两列简谐振动的振动方向相同，其振动运动学方程分别为mt x )4/2cos(050.01ππ+=和m t x )4/32cos(010.02ππ-=。

则合振动的振幅为 m ，初相为 。

2.麦克思韦关于电磁场理论的两个基本假设是 和 。

3.波速为10.2-⋅s m 的平面简谐波，其波源振动方程为m t y )2/cos(60.0π=，则波长为 m ，距波源m 0.6处质点的振动方程为 ，与波源的相位差为 。

4.气体内的输运过程包括 、 、 三种现象。

5.在夫琅和费单缝衍射中，狭缝宽λ5=a ，透镜焦距cm f 40=，则中间明纹的宽度为 cm 。

6.用波长nm 580=λ的单色光垂直照射放置在空气中的薄玻璃板劈尖。

测得相邻暗条纹的间距为mm l 00.5=，则两玻璃板之间夹角为 rad 。

（玻璃的折射率50.1=n ）。

7. 一平面简谐波，沿x 轴负方向传播．圆频率为ω，波速为u ．设4/T t =时刻的波形如图所示，则该波的表达式为________________________。

8. C o20时直径为mm 00.2的水银液滴变形（C o 20时水银的表面张力系数为2470.0-⋅=mJ α）， 使表面积增加了3倍，则需作功 J 。

9．dv v f N v v )(21⎰的物理意义是 。

（其中)(v f 是麦克斯韦速率分布函数）。

10.强度为o I 的自然光透过偏振化方向(或称偏振轴)互相垂直的两块偏振片。

现将第三块偏振片插入两偏振片之间, 并令其偏振化方向与第一块偏振片的偏振化方向夹角为o30。

则透射光的强度为 o I 。

11. 质量为g 20的物体沿x 轴做简谐振动，振幅m A 10.0=，周期s T 0.4=，0=t 时该物体位移m x o 050.0-=且朝x 轴负方向运动。

则初相为 ; 运动方程为 ; s t 0.1=时该物体位移为 m ; 此时物体所受力为 N ; 0=t 之后，物体第一次到达m x 050.0=处所需时间为s ; 第二次和第一次经过m x 050.0=处的时间间隔为 s 。

姓名 班级学号 ………密……….…………封…………………线…………………内……..………………不……………………. 准…………………答…. …………题…大学课程《大学物理（二）》能力检测试卷 附解析考试须知：1、考试时间：120分钟，本卷满分为100分。

2、请首先按要求在试卷的指定位置填写您的姓名、班级、学号。

3、请仔细阅读各种题目的回答要求，在密封线内答题，否则不予评分。

一、填空题（共10小题，每题2分，共20分）1、一质点沿半径R=0.4m 作圆周运动，其角位置，在t=2s 时，它的法向加速度=______，切向加速度=______。

2、长为的匀质细杆，可绕过其端点的水平轴在竖直平面内自由转动。

如果将细杆置与水平位置，然后让其由静止开始自由下摆，则开始转动的瞬间，细杆的角加速度为_____，细杆转动到竖直位置时角加速度为_____。

3、动方程当t=常数时的物理意义是_____________________。

4、质量为的物体，初速极小，在外力作用下从原点起沿轴正向运动，所受外力方向沿轴正向，大小为。

物体从原点运动到坐标为点的过程中所受外力冲量的大小为_________。

5、一质量为0.2kg 的弹簧振子, 周期为2s,此振动系统的劲度系数k 为_______ N/m 。

6、质量为m 的物体和一个轻弹簧组成弹簧振子，其固有振动周期为T ．当它作振幅为A 的自由简谐振动时，其振动能量E ＝__________。

7、设作用在质量为1kg 的物体上的力F ＝6t ＋3（SI ）．如果物体在这一力的作用下，由静止开始沿直线运动，在0到 2.0 s 的时间间隔内，这个力作用在物体上的冲量大小Ｉ＝__________________。

8、一个绕有500匝导线的平均周长50cm 的细螺绕环，铁芯的相对磁导率为600，载有0.3A 电流时, 铁芯中的磁感应强度B 的大小为___________；铁芯中的磁场强度H 的大小为___________ 。

姓名班级学号………密……….…………封…………………线…………………内……..………………不……………………. 准…………………答…. …………题…考试须知：123 一、填空题（共10小题，每题2分，共20分）1、一质点作半径为0.1m 的圆周运动，其运动方程为：（SI ），则其切向加速度为＝_____________。

2、四根辐条的金属轮子在均匀磁场中转动，转轴与平行，轮子和辐条都是导体，辐条长为R ，轮子转速为n ，则轮子中心O 与轮边缘b 之间的感应电动势为______________，电势最高点是在______________处。

3、一圆锥摆摆长为I 、摆锤质量为m ，在水平面上作匀速圆周运动，摆线与铅直线夹角，则：(1) 摆线的张力T ＝_____________________； (2) 摆锤的速率v ＝_____________________。

4、一平行板空气电容器的两极板都是半径为R 的圆形导体片，在充电时，板间电场强度的变化率为dE/dt ．若略去边缘效应，则两板间的位移电流为__________________。

5、图示曲线为处于同一温度T 时氦（原子量4）、氖（原子量20）和氩（原子量40）三种气体分子的速率分布曲线。

其中曲线（a ）是________气分子的速率分布曲线；曲线（c ）是________气分子的速率分布曲线。

6、反映电磁场基本性质和规律的积分形式的麦克斯韦方程组为：（ ）。

①②③④试判断下列结论是包含于或等效于哪一个麦克斯韦方程式的．将你确定的方程式用代号填在相应结论后的空白处。

(1) 变化的磁场一定伴随有电场；__________________ (2) 磁感线是无头无尾的；________________________ (3) 电荷总伴随有电场．__________________________ 7、二质点的质量分别为、. 当它们之间的距离由a 缩短到b 时，万有引力所做的功为____________。

XX省第二届大学生物理实验竞赛试题实验一用掠射法测量三棱镜的折射率[实验目的]利用提供的实验仪器,测量棱镜对汞光谱特征谱线折射率。

[实验器材]分光计一台、双面反射镜一个〔调节分光计使用、汞灯光源及光源电源一套、三棱镜一块。

[实验要求]1.调整好分光计〔望远镜聚焦于无穷远；望远镜主光轴垂直分光计中心转轴；平行光管出射平行光且主光轴垂直分光计中心转轴；注意：调好需请监考老师检查,否则该项计0分。

2.调整好三棱镜〔无论反光面AB、AC对准望远镜时,皆垂直望远镜主光轴；注意：该步调节只能调节载物台,不能调望远镜,否则酌情扣分；调好需请监考老师检查,否则该项计0分。

3. 调出汞光掠射彩色特征谱线带；注意：调好需请监考老师检查,否则该项计0分。

4. 简述掠射法测棱镜折射率的原理,写出测量公式；5. 数据测量记录与处理〔至少测量四种谱线。

[温馨提示]1. 请各位参赛选手把自己的抽签号写在答题纸上〔勿写姓名和学校。

2. 实验方案、实验步骤、实验数据、计算过程、计算结果〔已知三棱镜顶角A为60°等都要写在答题纸上。

3. 当入射光线几乎平行入射面AB入射即为掠射,实验时,为了保证平行光管出射光以接近90°的入射角掠射到三棱镜的AB面,需要将三棱镜放到载物台的合适位置。

图1 三棱镜折射光路图参考答案及评分标准1．调整好分光计：A 、望远镜聚焦于无穷远,B 、望远镜主光轴垂直分光计中心转轴,C 、平行光管出射平行光且主光轴垂直分光计中心转轴。

〔各10分,共30分2．调整好三棱镜〔无论反光面AB 、AC 对准望远镜时,皆垂直望远镜主光轴。

〔20分,两反光面对准望远镜时均不见"十"字反射像,酌情扣分,仅调好一面给10分3．调出汞光掠射彩色特征谱线带。

〔15分,入射光的入射角i 应大于85°,否则酌情扣分4．简述掠射测棱镜折射率的方法及相应的公式。

〔共15分公式推导过程——————————————————————————————————————————— 如图1所示,由折射定律,得：sin sin sin sin i n r n r θ=⎧⎨''=⎩ 〔1[3分] 由几何关系,得：r r A '+= 〔2[3分]由〔1、〔2式消去r 、r '可得：n =〔3[5分] 当入射光几乎平行于AB 面入射〔掠射时,有：90sin 1i i →⇒→ 此时出射角 θ' 即为极限角 θ,sin sin θθ'→,则〔3式变为：2n = 〔4[4分] 式中,A 与n 分别是三棱镜的顶角和折射率,θ为光线掠射时的出射极限角。