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2025哈尔滨工程大学强基计划物理学科实验操作题答案及解析

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

考生须知：

1.请仔细阅读题目要求，按要求完成实验操作并记录数据。

2.请保持实验台面整洁，实验结束后整理好仪器用具。

3.请将实验记录数据和计算结果清晰地书写在答题纸上。

一、实验任务：用单摆测量重力加速度

实验目的：

利用单摆装置，通过测量单摆的摆长和周期，计算当地的重力加速度g值。

实验原理：

在单摆的小角度摆动（通常要求摆角θ小于5°）条件下，其摆动周期T与摆长L的关系为：T=2π√(L/g)。通过测量周期T和摆长L，可以计算出重力加速度g。

实验器材：

单摆装置（包含小球、细线、支架）、米尺（或钢卷尺，精度0.1cm）、秒表（或电子计时器，精度0.01s或0.001s）、量角器（可选，用于控制摆角）、坐标纸（用于数据处理，非作图）、答题纸。

实验步骤：

1.组装单摆：取适量细线，一端固定在单摆支架上，另一端系上小球，确保细线不可伸缩。调整细线长度，使小球离地有一定高度（例如约1.0m），但细线长度不宜过长也不宜过短。

2.测量摆长L：用米尺测量悬点到小球球心的距离，记为L。为确保准确性，应从悬点测量到小球球心的距离。重复测量3次，取平均值作为最终摆长L。

3.测量周期T：

a.将单摆拉离平衡位置一个小的角度（建议使用量角器控制，使摆角小于5°），然后从静止释放，使其在竖直平面内摆动。

b.待单摆摆动稳定后，当小球经过最低点（或最高点）时，启动秒表开始计时。

c.测量单摆完成30次全振动（或50次全振动）所需的时间t。重复测量3次，取平均值。

d.计算单摆的周期T=t/N（N为全振动次数）。

4.改变摆长，重复测量：改变细线长度（例如，增加或减少10cm），重新测量新的摆长L和对应的周期T，至少测量3组不同的L和T数据。

5.整理数据：将所有测量的原始数据（摆长L的3次测量值、对应的周期T的3次测量值、全振动次数N）以及计算得到的平均摆长L和平均周期T清晰地记录在答题纸上。整理格式如下：

*摆长L/cm:______,______,______;平均值L=______

*全振动次数N:______

*周期T/s(30次全振动):______,______,______;平均值T=______

*计算得到的周期T/s:______

（对于多组数据，可另起表格或分点记录）

数据处理与分析：

1.计算重力加速度g：根据每组测得的平均摆长L和对应的周期T，利用公式g=4π2L/T2，计算每次实验测得的重力加速度g值。将计算结果记录在答题纸上。

2.计算g的平均值：对所有测得的g值进行平均，得到最终的重力加速度g的平均值。

3.误差分析（思考题，可不写入记录）：分析实验中可能存在的误差来源（如摆长测量误差、周期测量误差、摆角过大、空气阻力、细线质量与伸缩等），并简要说明如何减小这些误差。

实验结论：

根据实验测量和计算结果，写出当地重力加速度g的测量值及单位。将测量值与当地公认的重力加速度值（约为9.80m/s2）进行比较，计算相对误差（相对误差=|测量值-公认值|/公认值×100%）。简要分析产生误差的主要原因。

二、实验任务：研究电流通过导体的电压与电流的关系（模拟欧姆定律）

实验目的：

实验器材：

直流电源（电压可调，例如0-15V）、待测电阻（例如一个定值电阻，阻值约为100Ω）、电流表（量程合适，例如0-0.6A或0-3A）、电压表（量程合适，例如0-3V或0-15V）、开关、导线若干。

实验步骤：

1.连接电路：按照电路图（请在答题纸上画出电路图，包括电源、开关、待测电阻、电流表、电压表，并标明电流表和电压表的量程及连接方式）连接实验电路。检查电路连接是否正确、牢固。

2.检查与准备：确认电路连接无误后，将开关断开，调节直流电源电压至较低值（例如1V）。

3.测量电压与电流：

a.闭合开关，记录此时电压表和电流表的读数U和I，并将数据记录在答题纸上。

b.逐步增大直流电源的电压（例如，每次增加1V或2V），每次改变电压后，等待电路稳定，再次记录对应的电压表和电流表的读数U和I。

c.继续增加电压，至少测量5-7组不同的电压U和对应的电流I数据。

d.在测量过程中，注意观察电流表和电压表示数的变化情况，确保不超过仪表的量程。

4.整理数据：将所有测量的原始数据（各次电压