【速报】38届CPhO物理竞赛山东赛区实验试题

实验试题共两道,每题40分,时间90min。

第一题题目大意:测量毫欧姆量级的电阻,精确到五位有效数字,修正接触电阻误差。器材有电阻箱(0-99999.9欧),多圈电位器(470欧左右),约100k欧的定值电阻,100.00欧的定值电阻,9V电源,检流计等。

第二题题目大意:不用尺子测量单摆摆长,用单摆摆球与支架上的小球的碰撞研究碰撞过程中动量变化。器材:单摆组件,小球,支架,秒表,钢尺(两把,一把固定在单摆座上),方格纸,复写纸等。

以上内容凭个人记忆写出,不保证准确性,如有错误或遗漏请指出。

来自:数理化 / 物理仪器与装备 / 仪器仪表
杂工1544 作者
2个月10天前
1楼

为活跃气氛,悬赏五个KCB求解第一题答案。

补充答题要求:上交实验报告,要求有原理、步骤、测量数据等。

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负离子
2个月10天前
2楼

mmexport1632148458729.jpg mmexport1632148458729.jpg

云南省一报喜

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m24h
2个月10天前
3楼
引用杂工1544发表于1楼的内容
为活跃气氛,悬赏五个KCB求解第一题答案。补充答题要求:上交实验报告,要求有原理、步骤、测量数据等。

这种实验试题 需要组织方提供的器材才可能实际动手的 但是我觉得“毫欧姆级别”可能是记忆错误 应该是几十欧姆级别 通过电桥法实现 考点是怎么进行校正 如果真是毫欧姆级别 上述器材很难实现的


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虎哥
2个月10天前 修改于 2个月9天前
4楼
引用m24h发表于3楼的内容
这种实验试题 需要组织方提供的器材才可能实际动手的 但是我觉得“毫欧姆级别”可能是记忆错误 应该是几...

可以的,主要问题是他说修正接触电阻误差,不知道这个怎么理解。

器材里面有两个标准器,一个是最小1位有效数字,最高6位(6.5位)有效数字的电阻箱,一个是4位(4.5位)的定值电阻。没有说有几个,认为数量不限?

另有两个普通电阻,可以作为传递基准。

由于不太可能用伏安法,电池就不作为标准器考虑。

这道题其实很难,可能需要对电位器进行多次传递以同时保持有效位数和量程(如果需要小于100Ω的桥臂)。

需要认为某些东西和操作是理想的,比如电阻箱没有额外给不确定度,只能默认他最高能到6位以上,实际上是不可能的,而最低也不会只有一位。

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m24h
2个月10天前 修改于 2个月10天前
5楼
引用虎哥发表于4楼的内容
可以的,主要问题是他说修正接触电阻误差,不知道这个怎么理解。器材里面有两个标准器,一个是最小1位有效...

这是个实验题 是给真的器材要动手的 (我也参加过类似竞赛 这个实验题 不是书面题 是动手题 现场动手要迅速决定立即完成 后面分析误差等还要花时间写 时间根本不够)包括电池和检流计 不光不能认为理想 甚至要现场核实是否能够胜任的

我直观就认为没有测出“毫欧级还要五位数”的可能性 就算修改所给电阻的数据 一般的检流计就不可能胜任这个 。。。所谓直观 是比较经验化的 我也没法简单想一个逻辑去否定可能性 如果有人有特殊方案 希望能看看学习一下

哪怕电阻数量不限 器材比较理想 显然电阻箱是用来得到测试数据的 有100k量程 要测量0.001的量程 变换比等于100000000:1 这个比例可以用一个100欧和100000个100k欧。。。现场现串100000个电阻不成?

所以我认为 应该是一个100k:100的电桥 将0-100k的电阻箱与0-100欧的电阻比较 这符合一般学生能力的要求 所以说。。。即便有更好器材 要测试“毫欧级还要五位数”也是很难很难的 需要科研级环境、器械和准备的

而且就算其他电阻“不限” 我不信组织方会给两个电阻箱

至于“修正接触电阻误差” 如果现场给的电阻只有一个 那就想办法多测几次 比如检流计搭在电阻引脚腿 减去接触电阻 或者通过设计搭设方法 需要看看现场器材的机械外观才知 如果电阻不止一个 出题方可能意思是要你搭个双电桥(单电桥肯定也会得分 双电桥校正和操作会花很多时间 可能需要衡量)

越想越觉得题目应该就是测0-100欧的电阻

。。。。。

而且可能没有“校正”需要 可能我想多了 因为那个“约100k电阻” 我原以为是“有误差的电阻” 但想想应该只是“没误差但是现场才知道具体数值的电阻”

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杂工1544作者
2个月10天前 修改于 2个月10天前
6楼

我不可能记错题目,我作为参赛选手再记错了题目那离了大谱。

考完全山东差不多是物理最厉害的六十来个高中生集体。

补充:实际操作并测量数据。

电阻箱只有两个,各种电阻只有一个。

测量过程中要五位有效数字,计算出的结果只要四位。

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ZhengYun
2个月9天前 修改于 2个月9天前
7楼

第一题实际上是让你搭个电桥。定值电阻做电桥比例臂,电阻箱和待测电阻是测量臂。

消除接触电阻标准的做法是三次平衡电桥。详见XXXXXXXXXXXXXXXXXXXt/XXXXXXXXp?mod=viewthread&tid=27

比赛条件下搭多次平衡电桥不太可能,简易的做法是调整检流计接点的位置,分别在接线柱的前、后端取电桥读数。


最后,网络上大家交流信息是开放、免费的。


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m24h
2个月9天前 修改于 2个月9天前
8楼
引用杂工1544发表于6楼的内容
我不可能记错题目,我作为参赛选手再记错了题目那离了大谱。考完全山东差不多是物理最厉害的六十来个高中生...

如果两个电阻箱 其他电阻各一个 除了典型单电桥和多一个电阻箱备用 我是想不出其他可能了 

作为参赛选手 那么待测电阻多大 是否有个大概数值知道的?如果你放弃这道题 也可以问问别人做出来是多少

我觉得有可能是“精确到毫欧级” 电阻是几十欧级

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虎哥
2个月9天前 修改于 2个月8天前
9楼
引用ZhengYun发表于7楼的内容
第一题实际上是让你搭个电桥。定值电阻做电桥比例臂,电阻箱和待测电阻是测量臂。消除接触电阻标准的做法是...

我当然知道四线接法,但他没有说明消除到什么程度。只给那么点电阻,也搞不定三平衡,连双臂电桥都悬。

可以想象的办法:

1、先搭一个惠氏电桥,把约100k到底是多少测出来,多圈电位器用来控电流或者旁路检流计(避免烧坏)。需要注意的是,两个电阻箱一个接上方,一个接在另一支的下方,两支的另一方接R100.00和待测。电阻箱的取值大约在3.1k,这样有略高于4位的精度,可以保留5位。

2、然后把电阻箱串在检流计上作为分压器,保护其不被烧坏。把已知的100k电阻作为一个支路替换掉前述电阻箱,重新搭惠氏电桥,对多圈电位器全电阻进行标定,得到一个值。恰好这个电桥可以测略大于100欧以上的值。如果铤而走险把保护检流计的电阻箱也拿来用的话,那就能测到更小的阻值。(除非有充分论证,若使检流计有烧坏的可能,应该会扣分)

3、认为R470的抽头(触头)是线性的,如果有怀疑,可以用第二步的办法检验,记录码盘读数,求出相对不确定度,供误差分析使用。

4、搭开氏电桥,两个电阻箱放在一支串联,R470放在另一支,抽头与两个电阻箱的结合点之间接检流计😅。R100.00作为参考电阻。四线接入待测电阻。

5、拨动电阻箱,对应的计算电位器应该放在哪个位置合适(或做双平衡调整,读码盘算两边分配的电阻值),直到电桥平衡。由于该桥灵敏度低,能起表就烧高香了,所以不用担心烧坏检流计(误)。

我就不评价这个办法有多不靠谱了。。。关键是,那个100k的电阻,最后阶段居然没用。。

6、如果一定要用一下的话,那就是把100k和R100.00或R470配对,然后两个电阻箱配对,开氏电桥的一半采用上述固定电阻。到底与R100.00还是R470配对,取决于保持有效位数需要的各电阻最佳范围,具体我就懒得算了。总之,R470需要多少,就搭惠氏电桥传递成多少。但要注意电流不能太大,否则即使题设不考虑温飘,电阻们也会冒烟的。

这个题还是有点难的,拉100个985电气专业大二学生,让不查资料搞定,估计得全军覆没除非里面有基准爱好者省赛都这么难,国赛得上天。选天才的考试果然不一样,我先靠边稍息去了。

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ZhengYun
2个月9天前
10楼
引用虎哥发表于9楼的内容
只给那么点电阻,搞不定三平衡,连双臂电桥都悬。可以想象的办法:1、先搭一个惠氏电桥,把约100k到底...

搭电桥有两个定值一个可调标准电阻就足够了。给的定值电阻具体值未知,这不是问题。

A,用(~100-多圈)和(~100k-电阻箱)搭个电桥,(~100-多圈)多次旋转调换,调节多圈直到检流读数不变,这时电桥臂镜像对称,是严格1比1。此时检查(~100k-电阻箱)可以得到~100K的具体值。阻值可能会超过电阻箱读数,可以用检流计读数做线性插值修正(拧电阻箱得到 误差和检流计读数的近似关系)。

B,利用(已标定100k-~100)和(多圈-电阻箱)电桥,可以得到100k和~100之间的严格比例关系。不需要算~100的具体值,电桥关键是比例。

C,如果有两个电阻箱,整件事难度陡降。用电桥臂的旋转对称法,100k和100Ohm都可以轻松标定。

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虎哥
2个月8天前 修改于 2个月8天前
11楼
引用ZhengYun发表于10楼的内容
搭电桥有两个定值一个可调标准电阻就足够了。给的定值电阻具体值未知,这不是问题。A,用(~100-多圈...

我默认检流计只能指零。如果可以读数(且量程不限,重复精度足够高)的话,确实要简单一些。

先别说玄的,就假设100k已标定好了,检流计也可以看刻度对比非零电流,能实现三平衡吗,如何接线,精度如何?

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m24h
2个月8天前
12楼

你们都想复杂了 从这两题看  绝非什么烧脑而是简单的考试

就好像数学家去答小学生的1+1反而可能会被扣分

100k左右 不一定意味“未知”和“不准” 现场可能是一个已知的定值电阻 毕竟 这题目只是记忆来的

电位器应该就是纯做保护用的 要是没这么用 说不定会扣分的

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杂工1544作者
2个月8天前
13楼

@虎哥 的思路看起来八九不离十,等着我缓过劲来将组织仿真与实验验证工作。国赛实验题和一些精彩的理论考试题晚些时候我会转过几道来共赏。铤而走险拿掉保护检流计的电阻在你们看是作死,但是搞物理竞赛实验是常态,物理竞赛实验指导书上的惠斯通电桥就没有使用检流计。

@m24h 想得可能太简单了,山大物院那帮人出起实验题来丧心病狂是常态。

以及喜报,本人省一等奖。


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m24h
2个月8天前
14楼
引用杂工1544发表于13楼的内容
@虎哥 的思路看起来八九不离十,等着我缓过劲来将组织仿真与实验验证工作。国赛实验题和一些精彩的理论考...

祝贺一下 应有保送吧

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量子隧道
2个月8天前 修改于 2个月8天前
15楼

咋还是这些题?老夫1993年参加过省赛,题目也和第一题类似,都是一些这样的目的:用已知电阻来对未知电阻进行参数标定和精度转移。反倒在当年的国赛里没看到这样的题目。

基本上是重复18xx年电学兴起时代,惠斯通,兰利和开尔文勋爵等等们探索过的路数,然后对其进行智力题一样的排列组合。

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虎哥
2个月8天前 修改于 2个月7天前
16楼
引用量子隧道发表于15楼的内容
咋还是这些题?老夫1993年参加过省赛,题目也和第一题类似,都是一些这样的目的:用已知电阻来对未知电...

类似题如果以前出现过,那就毫无难度,因为现在大家都知道做“历年真题”,周边知识是一定要记住的。当年套路比较少(也可能是我孤陋寡闻没找到门道),我就在毫无准备的情况下被安排去参加过一个什么比赛,没有入围。我记不得什么时候得过化学还是物理的一等奖了,可能是初中吧,但肯定是毫无准备的。

题目要是随机性不足,那就会成为“职业”比赛,当然这是难以避免的,也不一定是坏事,就像奥运会那样。但这个比赛关系升学,还是越随机越有利于选出真正有兴趣又有天赋的人。

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虎哥
2个月7天前 修改于 2个月7天前
17楼
引用m24h发表于12楼的内容
你们都想复杂了 从这两题看  绝非什么烧脑而是简单的考试就好像数学家去答小学生的1+1反而可能会被扣...

你去看看历年真题及评分标准吧,我也是刚才才去搜了一下,没有简单的。

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杂工1544作者
2个月7天前
18楼

请教大家一个问题:像我们讨论的这道题目的有关知识,通过哪些书目可以系统性学习?

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FGA25N120
1个月10天前
19楼
引用杂工1544发表于18楼的内容
请教大家一个问题:像我们讨论的这道题目的有关知识,通过哪些书目可以系统性学习?

好家伙,山东实验题这么难(实验参考书里好像没有这个难度的)。有本书叫《新编基础物理实验》,好像说还可以,可以找一下pdf版。

广东省一菜鸡路过……话说学长几年级,多少分?《数学物理方法》有全部看的必要吗?还是只看保角变换就可以了。

羡慕你们还能动手实验,广东已经取消操作纯笔试了。

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FGA25N120
1个月10天前
20楼
引用杂工1544发表于13楼的内容
@虎哥 的思路看起来八九不离十,等着我缓过劲来将组织仿真与实验验证工作。国赛实验题和一些精彩的理论考...

祝贺学长获得省一!

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