北京理工大學(xué)2025年徐特立班兵器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______試題一簡(jiǎn)述進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的主要區(qū)別，并分別說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)中減小這兩種誤差的主要方法。試題二某材料拉伸實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得試樣標(biāo)距為50.00mm，受力后的標(biāo)距為55.10mm，試樣原始橫截面積為100.00mm2，最大拉力為50000N。請(qǐng)計(jì)算該材料的拉伸應(yīng)變量和拉伸強(qiáng)度（應(yīng)力），并說(shuō)明拉伸應(yīng)變量的物理意義。試題三解釋什么是楊氏模量，并簡(jiǎn)述利用拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定材料楊氏模量的基本原理。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，哪些因素會(huì)引起測(cè)量結(jié)果的系統(tǒng)誤差？請(qǐng)至少列舉三項(xiàng)。試題四在兵器科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能（如頻率響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)）至關(guān)重要。簡(jiǎn)述頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω)的物理意義，并說(shuō)明至少兩種測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)的常用實(shí)驗(yàn)方法及其原理。試題五在進(jìn)行某兵器部件的強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量其表面溫度分布?，F(xiàn)有紅外測(cè)溫儀和熱電偶兩種測(cè)量工具。請(qǐng)比較這兩種工具的測(cè)量原理、優(yōu)缺點(diǎn)，并說(shuō)明在什么情況下你會(huì)選擇使用紅外測(cè)溫儀，什么情況下選擇使用熱電偶。試題六實(shí)驗(yàn)中常使用直角坐標(biāo)紙繪制數(shù)據(jù)圖線。請(qǐng)說(shuō)明繪制合格、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)圖線應(yīng)注意哪些方面？例如，坐標(biāo)軸的選取、標(biāo)度、單位、圖名、數(shù)據(jù)點(diǎn)的表示、擬合直線或曲線的方法等。試題七某實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)如下：(x,y)：(1,2.1),(2,4.2),(3,6.1),(4,8.3),(5,10.1)。假設(shè)函數(shù)關(guān)系近似為線性，請(qǐng)使用圖解法求出擬合直線的斜率和截距。請(qǐng)簡(jiǎn)述你進(jìn)行圖解法擬合的步驟。試題八在兵器測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，不可避免地會(huì)存在誤差。請(qǐng)闡述隨機(jī)誤差的特性，并說(shuō)明如何通過(guò)多次測(cè)量求平均值來(lái)減小隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。試題九解釋什么是實(shí)驗(yàn)誤差，并區(qū)分偶然誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差。對(duì)于發(fā)現(xiàn)粗大誤差，應(yīng)如何處理？試題十設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，用于測(cè)量一個(gè)未知電阻的阻值。要求簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理，列出所需的主要儀器設(shè)備，并簡(jiǎn)述主要的實(shí)驗(yàn)步驟。在步驟中需要說(shuō)明如何操作以減小測(cè)量誤差。試卷答案試題一答案與解析答案：系統(tǒng)誤差是在重復(fù)條件下，對(duì)同一量進(jìn)行多次測(cè)量結(jié)果之間存在的恒定偏差或按確定規(guī)律變化的偏差；隨機(jī)誤差是由許多難以控制或未加控制的因素引起，表現(xiàn)為測(cè)量結(jié)果圍繞平均值隨機(jī)波動(dòng)，其大小和方向均不確定。減小系統(tǒng)誤差的方法主要有：選擇更精確的儀器、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、采用修正值、進(jìn)行校準(zhǔn)、消除或補(bǔ)償誤差源等；減小隨機(jī)誤差的方法主要有：增加測(cè)量次數(shù)，取平均值；采用對(duì)稱測(cè)量法、交換法等消除某些系統(tǒng)誤差的影響，從而提高平均值的可靠性。解析思路：本題考察對(duì)誤差分類及其減小方法的理解。首先需要清晰定義系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的概念和區(qū)別，這是區(qū)分兩者的基礎(chǔ)。其次，圍繞如何減小這兩種誤差，分別列舉出在兵器科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)中常用且有效的方法，體現(xiàn)對(duì)實(shí)踐知識(shí)的掌握。試題二答案與解析答案：拉伸應(yīng)變量ε=(L_l-L_0)/L_0=(55.10mm-50.00mm)/50.00mm=0.0102=1.02%；拉伸強(qiáng)度σ=F/A=50000N/100.00mm2=50000N/(100.00×10??m2)=50000N/m2×10?=50MPa。拉伸應(yīng)變量表示試樣在受力作用下相對(duì)伸長(zhǎng)的程度，無(wú)量綱。解析思路：本題考察基本力學(xué)量的計(jì)算。根據(jù)定義，應(yīng)變量是受力后長(zhǎng)度變化量與原始長(zhǎng)度的比值，進(jìn)行簡(jiǎn)單代數(shù)計(jì)算即可。拉伸強(qiáng)度是力與受力面積的比值，注意單位的統(tǒng)一（通常將mm2轉(zhuǎn)換為m2）。最后要解釋?xiě)?yīng)變量的物理意義，說(shuō)明其反映的是材料的變形程度。試題三答案與解析答案：楊氏模量（E）是描述材料在彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變之比的材料性能指標(biāo)，反映了材料抵抗彈性變形的能力。其基本原理是利用拉伸實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量試樣在載荷作用下產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量（或應(yīng)變），以及施加的應(yīng)力（或應(yīng)變），繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，曲線的斜率即為楊氏模量。引起系統(tǒng)誤差的因素包括：儀器未校準(zhǔn)或精度不夠；測(cè)量方法引入的誤差（如標(biāo)距測(cè)量不準(zhǔn)、初始尺寸測(cè)量不準(zhǔn)）；環(huán)境因素（溫度、濕度）影響；載荷施加不均勻或存在初應(yīng)力；試樣本身的不均勻性或存在缺陷等。解析思路：本題要求解釋楊氏模量的定義和測(cè)量原理。定義需準(zhǔn)確，原理需簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)過(guò)程和核心公式（E=σ/ε）。系統(tǒng)誤差的來(lái)源分析需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作和影響因素，列舉具體、常見(jiàn)的因素即可。試題四答案與解析答案：頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω)描述了系統(tǒng)對(duì)不同頻率正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)輸出與輸入之比，它包含了系統(tǒng)的幅頻特性（增益或衰減）和相頻特性（相位滯后或超前），完整地反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)的常用方法有：正弦信號(hào)輸入法（通過(guò)改變輸入信號(hào)頻率，測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出幅值和相位，繪制Bode圖）；脈沖響應(yīng)法（輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，進(jìn)行傅里葉變換得到頻率響應(yīng)）。解析思路：本題考察對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及其測(cè)量方法的理解。首先要準(zhǔn)確解釋H(ω)的物理意義，包含幅度和相位兩個(gè)維度。其次，需要列舉至少兩種標(biāo)準(zhǔn)且常用的測(cè)量方法，并簡(jiǎn)述其基本原理，體現(xiàn)對(duì)測(cè)試手段的掌握。試題五答案與解析答案：紅外測(cè)溫儀通過(guò)探測(cè)物體表面發(fā)射的紅外輻射能量來(lái)測(cè)量溫度，屬于非接觸式測(cè)量；熱電偶基于塞貝克效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量?jī)煞N不同金屬接點(diǎn)間的電勢(shì)差來(lái)確定溫度，屬于接觸式測(cè)量。紅外測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)是非接觸、測(cè)量速度快、可測(cè)高溫或難以接觸的表面；缺點(diǎn)是測(cè)量的是表面溫度，易受表面發(fā)射率、環(huán)境溫度、測(cè)量距離等因素影響，精度相對(duì)較低。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍廣、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快；缺點(diǎn)是必須接觸被測(cè)物體，可能干擾被測(cè)系統(tǒng)，且需要參考溫度。選擇使用紅外測(cè)溫儀的情況：需要測(cè)量高溫、危險(xiǎn)、移動(dòng)或難以接觸的物體表面溫度；需要快速掃描測(cè)量多點(diǎn)溫度。選擇使用熱電偶的情況：需要精確測(cè)量特定點(diǎn)的溫度；被測(cè)物體允許接觸；需要測(cè)量低溫或中溫范圍。解析思路：本題考察對(duì)兩種不同測(cè)溫原理、優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景的比較。需要清晰說(shuō)明兩種工具的工作原理。優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比要全面，并指出影響測(cè)量結(jié)果的關(guān)鍵因素。選擇依據(jù)要結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)景，體現(xiàn)對(duì)不同測(cè)量工具的合理選用能力。試題六答案與解析答案：繪制合格、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)圖線應(yīng)注意：1.坐標(biāo)軸選?。和ǔ＿x擇自變量x軸，因變量y軸，需明確標(biāo)明物理量名稱和單位；2.標(biāo)度：坐標(biāo)軸的起點(diǎn)（是否從零開(kāi)始或適當(dāng)選擇起點(diǎn)）、分度要合理，確保數(shù)據(jù)點(diǎn)能清晰分布，充分利用圖紙空間；3.單位：坐標(biāo)軸上必須標(biāo)明所代表物理量的單位；4.圖名：圖線下方應(yīng)標(biāo)注清晰的圖名，概括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；5.數(shù)據(jù)點(diǎn)表示：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)用符號(hào)（如●、○、△等）清晰標(biāo)出；6.擬合直線或曲線：若數(shù)據(jù)呈線性關(guān)系，應(yīng)使用直尺或最小二乘法擬合直線，直線應(yīng)穿過(guò)盡可能多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，均勻分布在直線兩側(cè)。若非線性關(guān)系，則根據(jù)函數(shù)類型選擇合適的曲線（如指數(shù)、對(duì)數(shù)、冪函數(shù)等）進(jìn)行擬合，使數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能均勻分布在曲線兩側(cè)。解析思路：本題考察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中圖線繪制的基本規(guī)范。需要逐條列出繪制合格圖線應(yīng)遵循的原則，每條原則都要具體說(shuō)明應(yīng)注意的方面，如坐標(biāo)軸的選擇、標(biāo)度方法、單位標(biāo)注、圖名規(guī)范、數(shù)據(jù)點(diǎn)表示方式、以及擬合直線/曲線的方法和原則（最小二乘法是更精確的方法，直尺法是近似方法，但常用于教學(xué)），體現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)處理規(guī)范性的掌握。試題七答案與解析答案：圖解法求擬合直線斜率和截距步驟：1.在直角坐標(biāo)紙上，根據(jù)數(shù)據(jù)(x,y)確定合適的坐標(biāo)軸范圍和標(biāo)度，繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)；2.使用直尺，盡量穿過(guò)最多數(shù)據(jù)點(diǎn)或使數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，繪制一條直線；3.在圖上選擇直線兩端點(diǎn)A(x?,y?)和B(x?,y?)，確保x?≠x?，讀取坐標(biāo)值；4.計(jì)算斜率k=(y?-y?)/(x?-x?)；5.計(jì)算截距b，方法一：將直線與y軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)讀出；方法二：選擇線上一點(diǎn)(x?,y?)，代入直線方程y=kx+b，解出b=y?-kx?。本組數(shù)據(jù)近似線性，按步驟繪制并計(jì)算即可。解析思路：本題考察圖解法進(jìn)行線性擬合的基本步驟。需要詳細(xì)列出繪制直線、選擇兩點(diǎn)、計(jì)算斜率和截距的具體操作方法。強(qiáng)調(diào)圖解法的直觀性和近似性，并給出兩種計(jì)算截距的方法供參考。要求學(xué)生能根據(jù)圖示數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。試題八答案與解析答案：隨機(jī)誤差具有以下特性：1.絕對(duì)值和符號(hào)在重復(fù)測(cè)量中不可預(yù)知，大小和方向隨機(jī)變化；2.當(dāng)測(cè)量次數(shù)足夠多時(shí)，隨機(jī)誤差的分布服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律（如正態(tài)分布）；3.隨機(jī)誤差具有對(duì)稱性，即絕對(duì)值相等的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相同；4.隨機(jī)誤差的平方和隨測(cè)量次數(shù)的增多而增大。通過(guò)多次測(cè)量求平均值來(lái)減小隨機(jī)誤差影響的方法是基于數(shù)學(xué)期望。當(dāng)隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布時(shí)，算術(shù)平均值比單次測(cè)量結(jié)果更接近真值。隨著測(cè)量次數(shù)n的增加，平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差減小，約為單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)誤差的1/√n。因此，增加測(cè)量次數(shù)可以有效減小隨機(jī)誤差對(duì)最終結(jié)果的影響，提高測(cè)量的精密度。解析思路：本題考察對(duì)隨機(jī)誤差特性和減小方法的理解。首先需要準(zhǔn)確描述隨機(jī)誤差的四個(gè)主要特性。其次，重點(diǎn)闡述通過(guò)多次測(cè)量求平均值減小隨機(jī)誤差的原理，結(jié)合數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)誤差的概念（即使不要求具體計(jì)算公式，也要理解其減少的趨勢(shì)），說(shuō)明其統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)，體現(xiàn)對(duì)誤差理論的理解。試題九答案與解析答案：實(shí)驗(yàn)誤差是指測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值之間的差異。偶然誤差（隨機(jī)誤差）是在重復(fù)條件下，測(cè)量結(jié)果圍繞平均值隨機(jī)波動(dòng)，由多種微小、不易控制因素引起。系統(tǒng)誤差是在重復(fù)條件下，測(cè)量結(jié)果之間存在的恒定偏差或按確定規(guī)律變化的偏差，由儀器、方法、環(huán)境等確定性因素引起。粗大誤差（過(guò)失誤差）是明顯偏離正常測(cè)量值的誤差，通常由讀數(shù)錯(cuò)誤、記錄錯(cuò)誤、操作失誤或儀器故障等造成。對(duì)于發(fā)現(xiàn)粗大誤差，應(yīng)首先檢查實(shí)驗(yàn)過(guò)程、儀器狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理步驟，確認(rèn)錯(cuò)誤來(lái)源。確認(rèn)屬于粗大誤差的數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)予以剔除，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中說(shuō)明剔除的原因。解析思路：本題要求區(qū)分三種主要誤差類型。需要對(duì)每種誤差給出定義，并說(shuō)明其來(lái)源和特點(diǎn)。區(qū)分偶然誤差和系統(tǒng)誤差是關(guān)鍵。對(duì)于粗大誤差，要說(shuō)明其識(shí)別方法和處理原則，強(qiáng)調(diào)剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐袛嗪陀涗?。試題十答案與解析答案：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：測(cè)量未知電阻R_x。原理：基于歐姆定律，通過(guò)測(cè)量未知電阻兩端的電壓U和通過(guò)它的電流I，計(jì)算電阻值R_x=U/I。儀器設(shè)備：直流電源、電壓表（電壓量程合適）、電流表（電流量程合適）、待測(cè)電阻R_x、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)步驟：1.按圖（假設(shè)電路圖如下：電源正極連接開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)連接電流表，電流表另一端連接待測(cè)電阻R_x，R_x另一端連接電源負(fù)極構(gòu)成閉合回路），連接實(shí)驗(yàn)電路；2.檢查電路連接無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)；3.調(diào)節(jié)直流電源電壓，使通過(guò)待測(cè)電阻的電流在電流表量程范圍內(nèi)，記錄此時(shí)電源電壓表讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I；4.改變電源電壓，重復(fù)步驟3至少三次，記錄多組(U,I)數(shù)據(jù)；5.處理數(shù)據(jù)：計(jì)算每組數(shù)據(jù)的電阻值R_i=U_i/I_i，求平均值R_ave=ΣR_i/n作為測(cè)量結(jié)果；或繪制U-I圖，擬合直線，斜率即為所求電阻值；6.計(jì)算測(cè)量結(jié)果的不確定度（根據(jù)電壓表、電流表精度