2025哈爾濱工程大學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)操作題答案及解析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______考生須知：1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀題目要求，按要求完成實(shí)驗(yàn)操作并記錄數(shù)據(jù)。2.請(qǐng)保持實(shí)驗(yàn)臺(tái)面整潔，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整理好儀器用具。3.請(qǐng)將實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果清晰地書寫在答題紙上。一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：用單擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪脝螖[裝置，通過測量單擺的擺長和周期，計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭值。實(shí)驗(yàn)原理：在單擺的小角度擺動(dòng)（通常要求擺角θ小于5°）條件下，其擺動(dòng)周期T與擺長L的關(guān)系為：T=2π√(L/g)。通過測量周期T和擺長L，可以計(jì)算出重力加速度g。實(shí)驗(yàn)器材：單擺裝置（包含小球、細(xì)線、支架）、米尺（或鋼卷尺，精度0.1cm）、秒表（或電子計(jì)時(shí)器，精度0.01s或0.001s）、量角器（可選，用于控制擺角）、坐標(biāo)紙（用于數(shù)據(jù)處理，非作圖）、答題紙。實(shí)驗(yàn)步驟：1.組裝單擺：取適量細(xì)線，一端固定在單擺支架上，另一端系上小球，確保細(xì)線不可伸縮。調(diào)整細(xì)線長度，使小球離地有一定高度（例如約1.0m），但細(xì)線長度不宜過長也不宜過短。2.測量擺長L：用米尺測量懸點(diǎn)到小球球心的距離，記為L。為確保準(zhǔn)確性，應(yīng)從懸點(diǎn)測量到小球球心的距離。重復(fù)測量3次，取平均值作為最終擺長L。3.測量周期T：a.將單擺拉離平衡位置一個(gè)小的角度（建議使用量角器控制，使擺角小于5°），然后從靜止釋放，使其在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)。b.待單擺擺動(dòng)穩(wěn)定后，當(dāng)小球經(jīng)過最低點(diǎn)（或最高點(diǎn)）時(shí)，啟動(dòng)秒表開始計(jì)時(shí)。c.測量單擺完成30次全振動(dòng)（或50次全振動(dòng)）所需的時(shí)間t。重復(fù)測量3次，取平均值。d.計(jì)算單擺的周期T=t/N（N為全振動(dòng)次數(shù)）。4.改變擺長，重復(fù)測量：改變細(xì)線長度（例如，增加或減少10cm），重新測量新的擺長L和對(duì)應(yīng)的周期T，至少測量3組不同的L和T數(shù)據(jù)。5.整理數(shù)據(jù)：將所有測量的原始數(shù)據(jù)（擺長L的3次測量值、對(duì)應(yīng)的周期T的3次測量值、全振動(dòng)次數(shù)N）以及計(jì)算得到的平均擺長L和平均周期T清晰地記錄在答題紙上。整理格式如下：*擺長L/cm:______,______,______;平均值L=______*全振動(dòng)次數(shù)N:______*周期T/s(30次全振動(dòng)):______,______,______;平均值T=______*計(jì)算得到的周期T/s:______（對(duì)于多組數(shù)據(jù)，可另起表格或分點(diǎn)記錄）數(shù)據(jù)處理與分析：1.計(jì)算重力加速度g：根據(jù)每組測得的平均擺長L和對(duì)應(yīng)的周期T，利用公式g=4π2L/T2，計(jì)算每次實(shí)驗(yàn)測得的重力加速度g值。將計(jì)算結(jié)果記錄在答題紙上。2.計(jì)算g的平均值：對(duì)所有測得的g值進(jìn)行平均，得到最終的重力加速度g的平均值。3.誤差分析（思考題，可不寫入記錄）：分析實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差來源（如擺長測量誤差、周期測量誤差、擺角過大、空氣阻力、細(xì)線質(zhì)量與伸縮等），并簡要說明如何減小這些誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量和計(jì)算結(jié)果，寫出當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的測量值及單位。將測量值與當(dāng)?shù)毓J(rèn)的重力加速度值（約為9.80m/s2）進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差（相對(duì)誤差=|測量值-公認(rèn)值|/公認(rèn)值×100%）。簡要分析產(chǎn)生誤差的主要原因。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：研究電流通過導(dǎo)體的電壓與電流的關(guān)系（模擬歐姆定律）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)器材：直流電源（電壓可調(diào)，例如0-15V）、待測電阻（例如一個(gè)定值電阻，阻值約為100Ω）、電流表（量程合適，例如0-0.6A或0-3A）、電壓表（量程合適，例如0-3V或0-15V）、開關(guān)、導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)步驟：1.連接電路：按照電路圖（請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上畫出電路圖，包括電源、開關(guān)、待測電阻、電流表、電壓表，并標(biāo)明電流表和電壓表的量程及連接方式）連接實(shí)驗(yàn)電路。檢查電路連接是否正確、牢固。2.檢查與準(zhǔn)備：確認(rèn)電路連接無誤后，將開關(guān)斷開，調(diào)節(jié)直流電源電壓至較低值（例如1V）。3.測量電壓與電流：a.閉合開關(guān)，記錄此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)U和I，并將數(shù)據(jù)記錄在答題紙上。b.逐步增大直流電源的電壓（例如，每次增加1V或2V），每次改變電壓后，等待電路穩(wěn)定，再次記錄對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)U和I。c.繼續(xù)增加電壓，至少測量5-7組不同的電壓U和對(duì)應(yīng)的電流I數(shù)據(jù)。d.在測量過程中，注意觀察電流表和電壓表示數(shù)的變化情況，確保不超過儀表的量程。4.整理數(shù)據(jù)：將所有測量的原始數(shù)據(jù)（各次電壓U的讀數(shù)、對(duì)應(yīng)的電流I的讀數(shù)）清晰地記錄在答題紙上。整理格式如下：*電壓U/V:______,______,______,...,______*電流I/A:______,______,______,...,______（建議將數(shù)據(jù)按測量順序排列，或整理成表格）數(shù)據(jù)處理與分析：1.繪制U-I圖：在答題紙上（使用坐標(biāo)紙）繪制U-I圖。以電壓U為橫坐標(biāo)，電流I為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)并繪制平滑的曲線或直線。2.分析關(guān)系：觀察U-I圖線的形狀，分析通過導(dǎo)體的電流I與其兩端電壓U之間的關(guān)系。3.計(jì)算電阻：根據(jù)U-I圖線（或根據(jù)某組數(shù)據(jù)），利用歐姆定律（R=U/I），計(jì)算待測電阻的阻值。若繪制的是近似直線，可以選擇圖線上的兩點(diǎn)（非原點(diǎn)），計(jì)算這兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓和電流，用其比值計(jì)算電阻，并與圖線的斜率進(jìn)行比較。4.誤差分析（思考題，可不寫入記錄）：分析實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差來源（如電源電壓不穩(wěn)定、電壓表內(nèi)阻非無窮大、電流表內(nèi)阻非零、導(dǎo)線電阻、讀數(shù)誤差等），并簡要說明這些誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（U-I關(guān)系和電阻值）可能產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)據(jù)處理結(jié)果，總結(jié)通過導(dǎo)體的電流I與其兩端電壓U的關(guān)系，并簡要說明是否驗(yàn)證了歐姆定律。給出待測電阻的測量值及單位。---試卷答案一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：用單擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)步驟（此部分為操作指引，非答案）：1.按照描述組裝單擺。2.用米尺（或鋼卷尺）測量懸點(diǎn)到小球球心的距離3次，記錄數(shù)據(jù)。計(jì)算平均值L。3.使用量角器將擺球拉起，使擺角小于5°。從靜止釋放，用秒表測量30次全振動(dòng)的時(shí)間t，重復(fù)測量3次，記錄數(shù)據(jù)。計(jì)算平均值t。計(jì)算周期T=t/30。4.改變細(xì)線長度，重復(fù)步驟2和3，獲取至少3組不同的L和T數(shù)據(jù)。5.將所有原始測量數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的平均L、T記錄清晰。數(shù)據(jù)處理與分析：1.對(duì)于每組數(shù)據(jù)（L,T），使用公式g=4π2L/T2計(jì)算重力加速度g。*例如，某組數(shù)據(jù)L=95.0cm=0.950m,T=1.98s。則g=4π2*0.950/(1.98)2≈9.45m/s2。2.計(jì)算所有g(shù)值的平均值，作為最終結(jié)果。*例如，計(jì)算得到的g值分別為：9.45m/s2,9.48m/s2,9.40m/s2。平均值g_平均=(9.45+9.48+9.40)/3≈9.44m/s2。3.（思考題）誤差來源：主要誤差來自擺長測量（懸點(diǎn)到球心距離不易精確）、周期測量（秒表啟動(dòng)反應(yīng)時(shí)間、計(jì)時(shí)起點(diǎn)選擇）、擺角過大偏離簡諧運(yùn)動(dòng)、空氣阻力、細(xì)線質(zhì)量或伸縮、環(huán)境振動(dòng)等。減小方法：精確測量擺長、多次測量取平均、確保小角度擺動(dòng)、選擇合適長度細(xì)線、減小測量范圍（如測多圈周期）、保持環(huán)境穩(wěn)定等。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：*測量得到的當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭≈9.44m/s2(根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)填寫)。*與公認(rèn)值g_公認(rèn)≈9.80m/s2比較，相對(duì)誤差≈|9.44-9.80|/9.80×100%≈3.88%。*實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測量值與公認(rèn)值存在一定偏差，主要是由上述誤差因素引起的。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：研究電流通過導(dǎo)體的電壓與電流的關(guān)系（模擬歐姆定律）實(shí)驗(yàn)步驟（此部分為操作指引，非答案）：1.按照設(shè)計(jì)的電路圖連接電路，包括電源、開關(guān)、待測電阻、電流表（串聯(lián)）、電壓表（并聯(lián)在待測電阻兩端），并正確選擇量程。2.確認(rèn)電路無誤后，斷開開關(guān)，調(diào)節(jié)電源電壓至較低值（如1V）。3.閉合開關(guān)，記錄電壓表和電流表的讀數(shù)U和I，重復(fù)測量3次取平均。4.逐步增加電源電壓（如每次+1V或+2V），每次穩(wěn)定后記錄對(duì)應(yīng)的U和I讀數(shù)，至少獲取5-7組數(shù)據(jù)。5.注意觀察儀表量程，確保不超載。將所有原始測量數(shù)據(jù)清晰記錄。數(shù)據(jù)處理與分析：1.在答題紙上使用坐標(biāo)紙，以電壓U為橫坐標(biāo)，電流I為縱坐標(biāo)，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)描點(diǎn)。通過描點(diǎn)繪制一條盡可能穿過多數(shù)點(diǎn)的直線（如果U-I關(guān)系近似線性）。2.分析關(guān)系：觀察到的U-I圖線應(yīng)大致呈線性關(guān)系，表明通過導(dǎo)體的電流I與其兩端電壓U成正比。3.計(jì)算電阻：*方法一（利用圖線斜率）：在圖線上選擇兩個(gè)距離較遠(yuǎn)的點(diǎn)（P1(x1,y1),P2(x2,y2)），其中(x1,y1)對(duì)應(yīng)U1,I1，(x2,y2)對(duì)應(yīng)U2,I2。計(jì)算圖線的斜率k=(y2-y1)/(x2-x1)=(I2-I1)/(U2-U1)。該斜率的倒數(shù)即為電阻R=1/k。例如，若選點(diǎn)(2V,0.20A)和(6V,0.60A)，則k=(0.60-0.20)/(6-2)=0.40/4=0.10A/V，則R=1/0.10=10Ω。*方法二（利用某組數(shù)據(jù)）：選擇其中一組數(shù)據(jù)(U,I)，計(jì)算電阻R=U/I。例如，若某次測量U=3.0V,I=0.30A，則R=3.0/0.30=10Ω。*（若繪制的是曲線，則說明關(guān)系非線性，不滿足歐姆定律）4.誤差分析（思考題）：*誤差來源：電源電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致實(shí)際電壓偏離設(shè)定值、電壓表和電流表存在內(nèi)阻，導(dǎo)致測量值偏離真實(shí)值（電壓表并聯(lián)導(dǎo)致分流，電流表串聯(lián)導(dǎo)致分壓）、導(dǎo)線電阻影響、讀數(shù)誤差、接觸電阻等。