考研理學(xué)2025年物理學(xué)實(shí)驗(yàn)試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在使用光杠桿法測(cè)量楊氏模量實(shí)驗(yàn)中，為了提高測(cè)量精度，通常采取的措施是（）。A.增大金屬絲的直徑B.增大光杠桿的臂長(zhǎng)C.增大望遠(yuǎn)鏡到反射鏡的距離D.使用讀數(shù)顯微鏡代替望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)2.在單擺測(cè)量重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，為了減小周期測(cè)量的隨機(jī)誤差，應(yīng)采用的方法是（）。A.盡可能增大擺長(zhǎng)B.盡可能增大擺球質(zhì)量C.盡可能增大擺動(dòng)次數(shù)，并采用累積法計(jì)時(shí)D.盡可能增大擺動(dòng)角度3.使用螺旋測(cè)微器測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，其讀數(shù)精度主要取決于（）。A.主尺的分度值B.游標(biāo)尺的分度值C.螺旋的螺距D.待測(cè)物體的尺寸4.在測(cè)量金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)中，若已測(cè)得金屬絲的長(zhǎng)度L和直徑d（d較?。?，為了減小測(cè)量電阻R時(shí)的系統(tǒng)誤差，應(yīng)選用（）。A.單節(jié)干電池供電，電流表外接B.單節(jié)干電池供電，電流表內(nèi)接C.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源供電，電流表外接D.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源供電，電流表內(nèi)接5.在分光計(jì)測(cè)量棱鏡折射率的實(shí)驗(yàn)中，為了減小由于視差引起的讀數(shù)誤差，應(yīng)（）。A.調(diào)節(jié)目鏡，使十字叉絲清晰B.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，使平行光管狹縫成像清晰C.轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使棱鏡折射面與望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸正交時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中能同時(shí)看清十字叉絲和狹縫像D.調(diào)節(jié)平行光管，使狹縫寬度適當(dāng)減小6.在利用雙縫干涉測(cè)量光波波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是（）。A.雙縫與屏之間的距離越遠(yuǎn)，相鄰亮條紋間距越大B.雙縫間距越小，相鄰亮條紋間距越大C.入射光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，相鄰亮條紋間距越大D.實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度升高，空氣折射率減小，相鄰亮條紋間距變大7.在霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，為了測(cè)量霍爾元件的霍爾系數(shù)，需要測(cè)量（）。A.霍爾元件的厚度、控制電流、勵(lì)磁電流以及測(cè)得的霍爾電壓B.霍爾元件的寬度、控制電流、勵(lì)磁電流以及測(cè)得的霍爾電壓C.霍爾元件的長(zhǎng)度、控制電流、勵(lì)磁電流以及測(cè)得的霍爾電壓D.霍爾元件的直徑、控制電流、勵(lì)磁電流以及測(cè)得的霍爾電壓8.在用萬用表測(cè)量電路中某元件的電阻時(shí)，若紅、黑表筆分別接觸元件兩端，發(fā)現(xiàn)電阻讀數(shù)很小且不穩(wěn)定，則該元件可能存在（）故障。A.開路B.短路C.阻值偏大D.連接不良9.在用模擬電路測(cè)量未知電阻的實(shí)驗(yàn)中，通常使用的是（）。A.萬用表B.惠斯通電橋C.開爾文雙臂電橋D.伏安法測(cè)量電路10.在進(jìn)行任何物理實(shí)驗(yàn)前，都必須進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)，其主要目的是（）。A.熟悉實(shí)驗(yàn)儀器B.了解實(shí)驗(yàn)原理和步驟C.減少實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤D.提高實(shí)驗(yàn)效率二、填空題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題后的橫線上）1.在測(cè)量固體線膨脹系數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，為了精確測(cè)量固體受熱后的長(zhǎng)度變化量ΔL，通常采用測(cè)量前后長(zhǎng)度的差值ΔL=L?-L?，這是因?yàn)棣相對(duì)于L?來說通常__________。2.在使用單擺測(cè)量重力加速度實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量多個(gè)周期T的總時(shí)間t，然后計(jì)算周期T=t/N，其中N是周期數(shù)，目的是為了__________。3.螺旋測(cè)微器的讀數(shù)精度通常可以達(dá)到0.01mm，這是因?yàn)槠錅y(cè)量桿的螺距為1mm，而可動(dòng)刻度盤分為__________格。4.在用電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)中，電位差計(jì)的工作原理基于__________電路的電壓補(bǔ)償法，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果不受__________________的影響。5.在分光計(jì)實(shí)驗(yàn)中，為了確保平行光管出射的是平行光，需要調(diào)整平行光管，使得狹縫經(jīng)過__________聚焦時(shí)，像清晰且位于__________處。6.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若發(fā)現(xiàn)屏上干涉條紋模糊不清，可能的原因是__________、__________或__________。7.霍爾效應(yīng)是指當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過半導(dǎo)體薄片時(shí)，在薄片的__________兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差的現(xiàn)象，該電勢(shì)差稱為霍爾電壓。8.在用惠斯通電橋測(cè)量電阻時(shí)，為了消除橋路中導(dǎo)線電阻和接觸電阻的影響，通常采用__________電橋。9.在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了減小環(huán)境光的干擾，常常需要使用__________或__________。10.在數(shù)據(jù)處理中，對(duì)于一組測(cè)量數(shù)據(jù)，其平均值是最佳估計(jì)值，但每次測(cè)量的真實(shí)值（真值）通常會(huì)圍繞平均值在一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)，這個(gè)波動(dòng)的范圍可以用__________來評(píng)定。三、計(jì)算題（每小題10分，共30分）1.用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量某一圓柱體的直徑D，共測(cè)量了5次，測(cè)得數(shù)據(jù)分別為：D?=20.12mm,D?=20.14mm,D?=20.10mm,D?=20.16mm,D?=20.13mm。試求該圓柱體直徑D的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（假設(shè)儀器誤差為讀數(shù)誤差的主要來源，并假設(shè)讀數(shù)誤差服從均勻分布）。2.在測(cè)量金屬絲楊氏模量的實(shí)驗(yàn)中，使用光杠桿法，望遠(yuǎn)鏡中的標(biāo)尺讀數(shù)隨金屬絲的伸長(zhǎng)而變化。設(shè)光杠桿的臂長(zhǎng)為l=1.050m，標(biāo)尺到反射鏡的距離為d=1.500m。當(dāng)金屬絲伸長(zhǎng)ΔL=0.500mm時(shí)，標(biāo)尺讀數(shù)的變化Δn=2.00cm。已知金屬絲的直徑d絲=0.200mm，長(zhǎng)度L=1.000m。試求該金屬絲材料的楊氏模量E。（重力加速度g取9.80m/s2，光杠桿常數(shù)k=2l）3.在測(cè)量電阻R的實(shí)驗(yàn)中，采用伏安法，電路接法為電流表內(nèi)接。測(cè)得電壓U=2.50V，電流I=20.0mA，電壓和電流的測(cè)量不確定度分別為ΔU=0.05V，ΔI=0.5mA。試求該電阻R的測(cè)量值及其相對(duì)不確定度和絕對(duì)不確定度。四、簡(jiǎn)答題（每小題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，如何判斷分光計(jì)的望遠(yuǎn)鏡已聚焦于無窮遠(yuǎn)？簡(jiǎn)要說明調(diào)節(jié)步驟。2.在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的主要來源有哪些？簡(jiǎn)述減小這兩種誤差的基本方法。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告題（20分）在用單擺測(cè)量重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得擺長(zhǎng)L=1.050m±0.005m，通過測(cè)量單擺完成N次全振動(dòng)所需的時(shí)間t，計(jì)算出周期T。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得N和t的數(shù)據(jù)如下表所示（表頭和單位已省略）：N=50，t=98.5s。已知周期T=t/N。請(qǐng)根據(jù)上述數(shù)據(jù)和不確定度傳遞公式，完成以下實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分內(nèi)容：（1）計(jì)算單擺的周期T及其不確定度ΔT。（假設(shè)ΔN/N<<Δt/t，不確定度主要來源于Δt）（2）利用測(cè)量結(jié)果，計(jì)算重力加速度g的測(cè)量值及其不確定度Δg。（3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，寫出最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表達(dá)式：g=______±______m/s2。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.C6.A,C7.A8.B9.B10.B二、填空題1.很小2.減小隨機(jī)誤差3.504.惠斯登（或答：補(bǔ)償）基準(zhǔn)電壓（或答：電源內(nèi)阻、電流）5.焦點(diǎn)像方焦點(diǎn)（或答：F）6.光源亮度不足、單縫/雙縫未調(diào)直、屏未調(diào)清晰、物鏡/目鏡未調(diào)焦等（任選兩項(xiàng)合理即可）7.側(cè)面（或答：橫向）8.開爾文雙臂9.毛玻璃火花塞（或答：遮光罩氛燈等，能減少環(huán)境光干擾的合理答案均可）10.標(biāo)準(zhǔn)不確定度（或答：不確定度）三、計(jì)算題1.解：*平均值：D?=(20.12+20.14+20.10+20.16+20.13)/5=20.130mm*單次測(cè)量偏差（xi-D?）2：(20.12-20.130)2=0.0001(20.14-20.130)2=0.0001(20.10-20.130)2=0.0004(20.16-20.130)2=0.0009(20.13-20.130)2=0.0000*方差s2=Σ(xi-D?)2/(N-1)=(0.0001+0.0001+0.0004+0.0009+0.0000)/4=0.000250*標(biāo)準(zhǔn)偏差s=√s2=√0.000250≈0.0158mm*平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（假設(shè)儀器誤差為均勻分布，k=√3）：u(D?)=(√3*s)/√N(yùn)=(√3*0.0158)/√5≈0.0130mm*結(jié)果：D=(20.130±0.013)mm（結(jié)果保留與測(cè)量值相同的小數(shù)位數(shù)）2.解：*根據(jù)光杠桿放大公式：Δn=2ldΔL/D*可得：ΔL=DΔn/(2l)*代入數(shù)據(jù)計(jì)算ΔL：ΔL=(1.500m)*(0.0200m)/(2*1.050m)=0.01429m=1.429mm*楊氏模量公式：E=(4πFl)/(Dd絲ΔL)*代入數(shù)據(jù)計(jì)算E：E=[4*π*9.80m/s2*1.000m*1.050m]/[1.500m*0.200*10?3m*1.429*10?3m]*E≈[129.4*π*1.050]/(0.0005882)≈6.835*10?N/m2/0.0005882≈1.157*1011N/m2*結(jié)果：E≈1.16×1011Pa（結(jié)果按有效數(shù)字規(guī)則保留兩位）3.解：*電阻測(cè)量值：R=U/I=2.50V/20.0mA=2.50V/0.0200A=125Ω*電壓相對(duì)不確定度：u(U)/U=ΔU/U=0.05V/2.50V=0.020*電流相對(duì)不確定度：u(I)/I=ΔI/I=0.5mA/20.0mA=0.025*電阻相對(duì)不確定度（內(nèi)接時(shí)，考慮電壓和電流的不確定度）：u(R)/R=√[u(U)/U2+u(I)/I2]=√[(0.020)2+(0.025)2]=√[0.0004+0.000625]=√0.001025≈0.0320*電阻絕對(duì)不確定度：ΔR=R*u(R)/R=125Ω*0.0320≈4.0Ω*結(jié)果：R=(125±4)Ω（結(jié)果保留與測(cè)量值相同的小數(shù)位數(shù)）四、簡(jiǎn)答題1.判斷望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)的方法是：調(diào)節(jié)目鏡，使從目鏡觀察到清晰的十字叉絲像；然后前后移動(dòng)目鏡（或調(diào)整物鏡位置），直到從目鏡中看到的叉絲像與從望遠(yuǎn)鏡（或通過物鏡）觀察到的狹縫（或亮帶）的像同時(shí)清晰。此時(shí)，望遠(yuǎn)鏡就聚焦于無窮遠(yuǎn)了。2.系統(tǒng)誤差的主要來源：儀器誤差（未校準(zhǔn)）、原理誤差（近似處理）、環(huán)境誤差（溫度、濕度、光照等）、方法誤差（近似處理）、人員誤差（固有習(xí)慣、讀數(shù)偏差等）。減小系統(tǒng)誤差的方法：選擇精度高的儀器并校準(zhǔn)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法以消除或修正誤差來源、控制環(huán)境條件、采用對(duì)稱測(cè)量或替代測(cè)量法等。隨機(jī)誤差的主要來源：測(cè)量過程中的各種微小、不確定的擾動(dòng)因素。減小隨機(jī)誤差的方法：進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量取平均值、保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境穩(wěn)定、提高實(shí)驗(yàn)操作技能和細(xì)心程度等。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告題（1）解：*周期：T=t/N=98.5s/50=1.97s*時(shí)間t的不確定度：Δt。通常按儀器誤差或測(cè)量范圍估算，這里假設(shè)Δt=0.1s（或根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，需說明依據(jù)）。Δt/t=0.1s/98.5s≈0.00101*N次測(cè)量的平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（假定N次測(cè)量獨(dú)立且誤差同分布）：u(t?)=Δt/√N(yùn)=0.1s/√50≈0.0141s*周期T的不確定度：ΔT。主要來自Δt，假設(shè)ΔN/N的影響可以忽略。ΔT≈u(t?)≈0.0141s（取兩位小數(shù)）（2）解：*重力加速度：g=4π2NL/T2*代入數(shù)據(jù)計(jì)算g：g=4*π2*1.050m*9.80m/s2/(1.97s)2*g=[4*9.8696*1.050*9.80]/(3.8809)≈[40.