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2025年大学生物理实验操作考试指南

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

简要说明在测量单摆周期时，为什么要让摆球从平衡位置拉开一个较小的角度（小于5°）才开始计时？如果初始角度过大，会对周期测量产生什么主要影响？

二、

在用伏安法测量金属丝电阻率的实验中，为什么通常采用电流表内接法？请分析在什么情况下应采用电流表外接法，并说明理由。

三、

用惠斯通电桥测量未知电阻Rx时，若电源电压不稳定，会对测量结果产生什么影响？为什么？

四、

在光学实验中，使用分光计时，如何判断平行光管的光路是否已调好？调节不平行会带来什么后果？

五、

简述用单摆测量重力加速度g的实验原理。实验中需要测量哪些物理量？请写出重力加速度g的表达式，并说明其中各项的意义。

六、

在测量杨氏模量的实验中，为什么要用镜尺法（或读数显微镜）来测量金属丝的伸长量ΔL？直接用普通刻度尺测量ΔL会有什么困难？

七、

如图所示（此处无图，但需假设一个典型的电路图，例如含电源、开关、滑动变阻器、电流表、电压表、待测电阻），为一个测量电阻R的电路图。请说明图中电压表和电流表的连接方式（内接或外接），并简要分析这种接法可能引入的误差来源。

八、

在热学实验中，测量不良导体（如棉絮）的导热系数时，为什么要保证稳态传热？如何判断系统已达到稳态？

九、

在利用双缝干涉实验测量光的波长时，若实验装置已调好，但观察不到干涉条纹，可能的原因有哪些？请至少列举三种。

十、

在进行物理实验时，记录数据有哪些基本要求？请至少写出三项。

试卷答案

一、

解析思路：单摆做简谐运动的条件是摆角很小（θ5°）。当摆角较大时，摆球的运动不再是严格的简谐运动，其周期会随着摆角的增大而变长。从平衡位置拉开较小角度开始计时，可以保证单摆的运动近似为简谐运动，从而保证周期测量的准确性。初始角度过大，会使摆球的恢复力偏离线性关系，导致周期测量结果偏大。

二、

解析思路：伏安法测电阻有内接法和外接法两种接法。当待测电阻Rx远大于电流表内阻RA时，为了减小电流表内阻对总电路电流的影响，应采用电流表内接法，此时测量值偏大。当待测电阻Rx远小于电压表内阻RV时，为了减小电压表内阻对电路分压的影响，应采用电流表外接法，此时测量值偏小。选择哪种接法取决于待测电阻的阻值范围，目标是减小系统误差。

三、

解析思路：惠斯通电桥测量电阻的原理是基于平衡时桥路中无电流。如果电源电压不稳定，会导致电桥平衡时检流计指针偏转发生变化，即使已经平衡，稍微变化电源电压，检流计读数仍会变化，使得平衡点判断不准确，最终导致Rx的测量结果产生误差。

四、

解析思路：判断平行光管光路是否调好，关键在于观察平行光管狭缝成像。调好时，狭缝在接收屏上形成一个清晰、细锐、两端与狭缝边缘重合的像。如果成像模糊、宽窄不均或两端不重合，则表明光路未调好。调节不平行会导致入射到棱镜（或分光计望远镜物镜）的光线不是平行光，使得经棱镜色散后（或经望远镜聚焦后）的光谱线（或像点）不清晰，甚至偏移中央位置，影响测量精度。

五、

解析思路：单摆测量重力加速度的原理是利用单摆周期公式T=2π√(L/g)，通过测量单摆的周期T和摆长L来计算重力加速度g。实验中需要测量的物理量主要有：单摆的摆长L（从悬点到摆球中心的距离）和单摆完成n次全振动所需的时间t。重力加速度g的表达式为：g=(4π2L)/(T2)。其中，L为摆长，T为单摆周期（T=t/n），n为全振动次数。

六、

解析思路：杨氏模量E=σ/ε，其中应力σ=F/L，应变ε=ΔL/L。测量E需要精确测量金属丝的伸长量ΔL。金属丝在拉力作用下伸长量通常非常微小（微米甚至亚微米级别），直接用普通刻度尺测量ΔL，其分度值通常为毫米，导致测量误差极大，无法得到准确结果。而镜尺法（或读数显微镜）可以利用光的反射或成像原理，将微小的伸长量放大，从而实现精确测量。

七、

解析思路：（假设图为电流表内接法）如图所示，电压表并联在待测电阻Rx两端，电流表串联在电路中，并部分串联在Rx内部。这种接法属于电流表内接法。其优点是电流表内阻RA只分担了电路中的一部分电压，对测量结果影响较小（当Rx远大于RA时）。缺点是电流表内阻会分走一部分电流，使得流过Rx的电流小于总电流，导致测得的电阻值Rx测=U/I偏大。误差来源主要是电流表内阻RA的引入。

八、

解析思路：测量不良导体导热系数的实验中，稳态传热是指热量通过导体从热端传递到冷端的过程达到稳定，此时热端输入的热功率等于冷端散失的热功率，导体内部各处的温度保持不变（或变化极小）。只有达到稳态，才能保证测量的温度是稳定的，计算出的传热速率才是真实的，从而得到准确的导热系数。判断系统已达到稳态通常依据温度随时间的变化曲线趋于水平，或连续一段时间内冷端温度保持不