全国中学生物理竞赛复赛试验指导书

全国中学生物理竞赛复赛实验考查THSS-1型声速测试仪，低频信号发生器（带频率显示），示波器。

三、实验原理： v f λ=1. 驻波法（共振干涉法）测波速当换能器S 1与S 2的表面平行时，由换能器S 1的震动产生的超声波在S 1、S 2两表面之间形成驻波，如图所示。

两相邻波节（或波腹）之间的距离是2λ。

由波动理论知，波腹处声压最大，转换后的电压信号也最强，在示波器上观察到的信号振幅达到极大。

移动S 2可在示波器上看到信号振幅由大到小呈周期性变化。

因此，只要测出两相邻极大值时S 2的位置值，就可测出声波的波长。

即： 12n n L L L λ+∆=-=，2L λ=∆2. 相位比较法测波速声波从声源经过传输媒质到达接收器，在发射波和接收波之间产生相位差，此相位差和角频率ω、传播时间t 、声速υ、距离L 、波长λ之间有下列关系： 22L L t f v πφωπλ∆===，1n n L L L λ+∆=-=，L λ=∆四、实验内容及步骤一、 驻波法（也称共振干涉法）1. 首先将信号源输出端与换能器发射头S 1连接，再将换能器接收头S 2与示波器CH1通道连接。

2. 然后移动S 2，使S 1与S 2的间距大于3cm 。

分别打开示波器和信号源电源开关3. 各仪器都正常工作以后，调整信号频率，对示波器的扫描时基TIME/DIV 进行调节，使在示波器上获得稳定的正弦波。

4. 微微改变S2的位置，使正弦波振幅达最大；调信号源“频率调节”钮，使正弦波振幅达到极大，此频率即是压电换能器的谐振频率。

本系统参考谐振频率在37kHZ左右。

一旦频率选定，实验测量中不再改变。

5. 缓慢移动S2，使其与S1的间距逐渐增大，荧光屏显示正弦波振幅由大到小呈周期性变化。

记录每一次振幅达极大值时S2的位置读数，连续测10个。

二、相位比较法（也称利萨如图形法、行波法）1. 保持驻波法测量状态不变，另将信号源输出端与示波器CH2通道连接，分别调节 CH1、CH2通道偏转因数，使荧光屏上显示幅度相同的两列正弦波。

物理竞赛必修指导及推荐教材蔡子星结合这么几年带物理竞赛的经验和自身当年竞赛的心得给出竞赛初学者的必读书目。

当然啦，说是必读，如果能有类似的书替换也没有任何问题。

只不过在浩如烟海的竞赛书籍中，缺的不是书，而是对书的挑选。

所以下面分四个难度级别向大家提供高中物理竞赛详细培养计划第一阶段【初入殿堂篇】难度：初赛；使用：选择新概念读本+任意一本；目标：决定是否开始往下看；《新概念:高中物理读本》by 赵凯华第一册：第二册：第三册：范晓辉“黑白书”费曼第一册北京市高中力学竞赛试题答案汇编高中物理奥赛方法3000物理习题经解第二阶段【强化学员篇】难度：复赛；使用：前三个任选2个+真题；目标：搞定复赛程稼夫系列：《力学篇》《电磁学篇》《中学奥林匹克竞赛物理讲座》《热学光学近代物理篇》物理竞赛教程（三册）by 张大同第一册第二册第三册《高中物理竞赛培优教程》by 舒幼生《更高更妙的物理》《全国中学生物理竞赛1-20届力学部分》《全国中学生物理竞赛1-20届电磁学部分》《全国中学生物理竞赛1-20届热学、光学及近代物理部分》《金牌之路》by 张大同历年预赛复赛真题200道物理学难题第三阶段【难度补全篇】难度：决赛；使用：新概念物理+难题集萃+任选两本；目标：搞定决赛《物理学难题集萃》by 舒幼生《新编基础物理实验》《新概念物理系列》by 赵凯华-《力学》《热学》《电磁学》新概念物理难度分级表高等数学（上）（下）by 李忠上册：下册：历届决赛题第四阶段【究极领域篇】难度：国际集训队；使用：结合国培搞定四大力学；目标：为从事物理行业打基础历届IPhO试题历届APhO试题《国际物理奥赛的选拔与培训》《简明理论力学教程》by 周乐柱四大力学《经典力学》by 梁昆淼《电动力学》by 郭硕鸿《热力学与统计物理》by 汪志诚《量子力学》卷I卷II by 曾谨言。

全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-力学————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验二 在气轨上研究瞬时速度【思考题参考答案】1．试测量气轨倾斜角度β，并把实验中所求得的加速度a 和g sin β相比较。

答：测量β的方法：先用匀速法把气垫导轨调节水平，然后，测出两个支点沿气轨的长度L ，测出垫块的高度h ，L h =βsin 。

测量加速度的方法：（1）将两个光电门安放在一定距离的适中位置，读出距离s ，（2）滑块装上U 型挡光片，将光电计时器调节到测两个速度状态，让滑块静止下滑测量经过两个光电门的速度v 1、v 2。

（3）计算加速度a 并与Lh g g =βsin 比较，其中sv v a 22122-=。

注：为消除粘滞阻力影响，可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。

道理如下：=-=f a a a 下s v v 22122-，s v v a a a f 22423-=+=上，所以sv v v v a 421242322--+= 2．使用平板型挡光片和两个光电门，如何测量滑块通过倾斜气轨上一点A 的瞬时速度。

答：将光电计时器调到测量一个时间间隔状态，在滑块上装平板型挡光片，控制滑块从气轨上一个固定点P 由静止滑下，从挡光片前沿挡第一光电门开始计时，挡第二光电门停止计时，测出时间t ，根据匀变速运动公式，有at v v v B A +==，而()t l at v v v v B =-=+=22选择不同的l ，测出t ，计算出t l v =，在坐标纸上画出v —t 曲线，确定斜率和截距，其斜率的绝对值为a /2，截距为A 点的瞬时速度v 。

【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。

滑块在气轨上运动，由于内摩擦和气轨平整度问题，也会有较小的阻力，一般认为阻力与速度方向相反，大小成正比。

即bv f =。

全国中学生物理竞赛复赛试题参考解答、评分标准一、参考解答令 表达质子的质量, 和 分别表达质子的初速度和到达a 球球面处的速度, 表达元电荷, 由能量守恒可知2201122mv mv eU =+ （1）由于a 不动, 可取其球心 为原点, 由于质子所受的a 球对它的静电库仑力总是通过a 球的球心, 所以此力对原点的力矩始终为零, 质子对 点的角动量守恒。

所求 的最大值相应于质子到达a 球表面处时其速度方向刚好与该处球面相切（见复解20-1-1）。

以 表达 的最大值, 由角动量守恒有 max 0mv l mvR = （2）由式（1）、（2）可得20max 1/2eU l R mv =- （3） 代入数据, 可得max 22l R = （4） 若把质子换成电子, 则如图复解20-1-2所示, 此时式（1）中 改为 。

同理可求得 max 62l R =（5）评分标准: 本题15分。

式（1）、（2）各4分, 式（4）2分, 式（5）5分。

二、参考解答在温度为 时, 气柱中的空气的压强和体积分别为, （1）1C V lS = （2）当气柱中空气的温度升高时, 气柱两侧的水银将被缓慢压入A 管和B 管。

设温度升高届时 , 气柱右侧水银刚好所有压到B 管中, 使管中水银高度增大C BbS h S ∆= （3） 由此导致气柱中空气体积的增大量为C V bS '∆= （4）与此同时, 气柱左侧的水银也有一部分进入A 管, 进入A 管的水银使A 管中的水银高度也应增大 , 使两支管的压强平衡, 由此导致气柱空气体积增大量为A V hS ''∆=∆ （5）所以, 当温度为 时空气的体积和压强分别为21V V V V '''=+∆+∆ （6）21p p h =+∆ （7）由状态方程知112212p V p V T T = （8） 由以上各式, 代入数据可得2347.7T =K （9）此值小于题给的最终温度 K, 所以温度将继续升高。

全国中学生物理竞赛复赛实验考查THSS-1 型声速测试仪，低频信号发生器（带频率显示），示波器。

三、实验原理：v f1.驻波法（共振干涉法）测波速当换能器 S1与 S2的表面平行时，由换能器 S1的震动产生的超声波在 S1、S2两表面之间形成驻波，如图所示。

两相邻波节（或波腹）之间的距离是。

由波动理论知，2波腹处声压最大，转换后的电压信号也最强，在示波器上观察到的信号振幅达到极大。

移动S2可在示波器上看到信号振幅由大到小呈周期性变化。

因此，只要测出两相邻极大值时S2的位置值，就可测出声波的波长。

即：L L n 1L n 2 ，2 L2.相位比较法测波速声波从声源经过传输媒质到达接收器，在发射波和接收波之间产生相位差，此相位差和角频率ω、传播时间 t 、声速υ、距离 L、波长λ之间有下列关系：t 2 f L 2 L，L L n 1 L n，L v四、实验内容及步骤一、驻波法（也称共振干涉法）1. 首先将信号源输出端与换能器发射头S1连接，再将换能器接收头 S2与示波器 CH1通道连接。

2.然后移动 S2，使 S1与 S2的间距大于 3cm。

分别打开示波器和信号源电源开关3.各仪器都正常工作以后，调整信号频率，对示波器的扫描时基 TIME/DIV 进行调节，使在示波器上获得稳定的正弦波。

4.微微改变 S2的位置，使正弦波振幅达最大；调信号源“频率调节”钮，使正弦波振幅达到极大，此频率即是压电换能器的谐振频率。

本系统参考谐振频率在37kHZ左右。

一旦频率选定，实验测量中不再改变。

5.缓慢移动 S2，使其与 S1的间距逐渐增大，荧光屏显示正弦波振幅由大到小呈周期性变化。

记录每一次振幅达极大值时S2的位置读数，连续测10个。

二、相位比较法（也称利萨如图形法、行波法）1.保持驻波法测量状态不变，另将信号源输出端与示波器 CH2通道连接，分别调节 CH1、CH2通道偏转因数，使荧光屏上显示幅度相同的两列正弦波。

40届中学生物理竞赛复赛实验本文介绍了40届中学生物理竞赛复赛实验的内容和结果。

该实验旨在考察学生对物理知识的理解和实验操作的能力。

实验要求学生使用给定的实验装置和材料，进行一系列物理量的测量。

这些物理量包括：质量、长度、时间、电压等。

实验装置包括天平、尺子、秒表、电压表等。

学生需要根据给定的实验步骤，准确地操作这些装置，进行测量并记录数据。

在测量过程中，学生需要注意实验环境的影响，如温度、湿度等。

他们需要通过合理的控制变量的方法，减小这些因素对实验结果的影响，确保实验结果的准确性和可靠性。

实验的目的是通过测量和实验数据的分析，验证一些物理定律和规律。

例如，测量物体的质量可以用来验证质量守恒定律；测量物体的长度可以用来验证线性规律；测量电压可以用来验证欧姆定律等。

实验结果的处理和分析是实验的重要部分。

学生需要使用适当的统计方法，对实验数据进行处理和分析，得出结论。

他们还需要根据实验结果，对实验过程中可能存在的误差进行分析和讨论，提出改进措施。

在实验报告中，学生需要清晰地描述实验过程和结果。

他们可以使用恰当的段落和标题，使文章结构清晰，易于阅读。

实验报告的格式应规范整洁，包括标题、摘要、引言、实验步骤、实验结果、结论等部分。

实验的复赛要求学生在实验的基础上，提出自己的问题或改进方案，并进行实验验证。

这要求学生具备创新思维和实验设计的能力。

他们需要针对实验结果中存在的问题或不足，提出合理的解决方案，并进行实验验证。

实验验证的结果将作为评判学生实验能力的重要依据。

40届中学生物理竞赛复赛实验是一个综合性的实验，要求学生具备物理知识的理解和实验操作的能力。

通过实验的设计和实施，学生不仅可以加深对物理知识的理解，还可以培养实验操作、数据处理和问题解决的能力。

该实验对学生的物理素养和科学素养的培养具有重要意义。

第41届全国中学生物理竞赛复赛试题参考解答（2024年9月21日9:00-12:00）一、（45分） （1）（1.1）记质量为M 的振子偏离平衡位置的位移为x （向左为正），单摆的偏转角为θ（向左为正），摆臂上的张力为T ，按牛顿第二定律，摆锤在水平方向上的运动方程为m ẍ+lθcos θ−lθ sin θ =−T sin θ ①在竖直方向上的运动方程为m −l sin θθ−lθ cos θ =m g −T cos θ ② 利用小幅度振动条件，保留到小量θ的领头阶，有sin cos 1 ， ③将③式代入①②式，并保留到小量θ的领头阶，得T mg ④ ẍ+lθ+g θ=0⑤【注: 利用悬点不动的非惯性系也可更方便地得到上述结果。

在悬点不动的非惯性系中，摆锤额外受到横向的惯性力−mẍ，有角向运动方程mlθ=−m g sin θ−mẍcosθ ①′ 同时也有径向运动方程2θcosθsin ml mx g T m ②′进一步利用小摆幅条件，保留到小量θ的领头阶，即得⑤④式。

】质量为M 的振子在水平方向上做一维运动， 由牛顿第二定律得Mẍ=−kx +T sin θ+H cos ωt ⑥由③④⑥式得Mẍ+kx −m g θ=H cos ωt ⑦只考虑系统在强迫力下的稳定振动，稳定振动的圆频率为ω，设cos(x x A t ) ⑧ cos()l B t ⑨其中φ 、φ 是稳定振动与所受强迫力之间的位相差。

将⑧⑨式代入方程⑤⑦后，所得出的两个方程对任意时间 t 均成立，故有00x ，⑩进而有22M m k A m B H⑪ 22200A B⑫由⑪⑫式得2202222200()()()HA k M m⑬222222222000()()H B A k M m⑭其中（1.2）由⑬式可知，当没有阻尼器时（这时0m ），有2HA k M ⑮即当风的频率为⑯时，大楼受迫振动幅度最大。

当风的频率取⑮式所示的值、但有阻尼器时，由⑬式得k g H H kl Mg M l A g k gkm m l M⑰为了调节阻尼器的参数m 、l 使得A 最小，可取Mgl k， ⑱或m 尽可能大。

国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案光学实验二十八测定玻璃的折射率【思考题参考答案】1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。

这是因为如果两个界面不平行，能够看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能确定对应的入射角和折射角，从而按折射定律计算折射率。

对视深法测量结果是否影响，请自己根据测量原理思考。

2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？答：厚些好。

在视深法中，玻璃砖越厚h越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。

在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。

3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。

入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。

4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？答：折射率的测量值偏小。

如果所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。

实际折射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin sin ，测量折射率值偏小。

间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。

实验二十九 测定薄透镜的焦距【思考题参考答案】1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。

由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，能够减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共轴)。