第41届全国中学生物理竞赛决赛实验试题解答与评分标准

第41届全国中学生物理竞赛决赛实验考试标准答案题号一二总分得分阅卷复核本次考试共二道大题，满分80分；此答题纸共2页。本次考试的所有解答必须写在此答题纸上指定区域，写在试题纸上和草稿纸上的解答均不能得分。得分阅卷复核第一题（40分）1.1（2分）读数显微镜部件的名称：1.目镜（0.5分）2.调焦手轮（0.5分）3.物镜（0.5分）4测微鼓轮（0.5分）1.2（2分）（1）十字叉丝位于哪个部位？（B）（1分）（2）若观察到的牛顿环如图所示，应将牛顿环向（A）方向移动？（1分）1.3（2分）读数显微镜测量结果读数为：（1）21.251~21.255mm；（1分）（2）29.028~29.032mm。（1分）1.4（2分）减小空程误差的操作方法是：测量数据时只朝同一方向转动测微鼓轮（螺杆）。1.5（2分）观测牛顿环实验的光路示意图：实验考试第1页/共5页1.6（2分）实际测量过程中，通常利用下列哪一个公式计算？（A）1.7（2分）牛顿环中心是亮斑，下列哪些描述是可能的原因？（ABC）1.8（6分）（1）平凸透镜的曲率半径R为856~870mm。（4分）（2）曲率半径R的不确定度为8~9mm。（2分）1.9（8分）（1）充入待测液体后牛顿环条纹排列变密（（1分），主要原因是待测液体的折射率大于空气的折射率（1分）。（2）充入待测液体后，牛顿环干涉条纹的对比度（亮暗反差）变差，最主要的原因是（B）（2分）（3）能够显著提高液体薄膜干涉条纹对比度的可能措施有（AB）（2分）（4）待测液体的折射率为1.340。（2分）1.10（4分）（1）图中A点所在位置相比O点所在位置（B）（1分）（2）薄膜厚度H为172~174nm。（3分）1.11（8分）（1）白光光源的牛顿环，仅能观察到几条干涉条纹，请解释原因。光源的相干性的影响，两干涉光束在相遇点的光程差不能太大，光程差超过光源相干长度时，将无法得到清晰的干涉图样，白光光源谱线较宽，相干性较差，所以仅能观察到几条级数很小的条纹。（（2分）（2）哪种方式获得的牛顿环干涉条纹对比度较高？（B）（2分）（3）激光笔的相干长度Lm为15.4μm（3分）；激光笔的谱线宽度Δλ为16.6nm（1分）。实验考试第2页/共5页得分阅卷复核第二题（40分）2.1（3分）（1）液体与毛细管璧的接触角为19.0°~19.2°。2分（2）毛细管中液体是以下哪种状态A。1分2.2（2分）（1）液滴在固体表面的接触角可以表示为（C）2.3（11分）（1）实验中当电源电压为哪些值（CD），可以观察到水滴内部产生大量小气泡。2分（2）上述现象说明电解反应主要由哪种因素导致？（B）2分（3）在坐标纸中画出cos~U2的关系曲线：4分2.3附坐标纸利用作图法计算碳酸丙烯酯的表面张力系数为(3.90~4.50)10-2N/m。2分在0V时，碳酸丙烯酯液滴的接触角为73.1°~73.7°。1分2.4（9分）实验考试第3页/共5页（1）给出透镜最优的液体材料组成（B）。2分（2）三种透镜的类型为（B）。1分有水体系透镜的焦距为-45.5~-46.5mm。1分混合体系透镜的焦距为-50.5~-51.5mm。1分无水体系透镜的焦距为-67.1~-68.1mm。1分（3）计算不同电压下液体透镜的焦距及焦距无穷大时对应的电压。3分电压/V048.8~49.275.0焦距/mm-22.7~-22.9无穷大16.9~17.12.5（6分）（1）当驱动电压为75.0V，液体透镜NA等于0.40。1分能够清晰看见哪些黑白条纹图案?（AB）。3分（2）若要清晰看见800lp/mm标准分辨率卡的黑白条纹图案，需要进行哪些操作?（AD）。2分2.6（9分）（1）请画出S点经过该系统成像的光路图，并在CCD上标出像点S’的位置。2分2.6附图请在图中画出成像光路图并标出像点S’的位置（2）筒镜的焦距为85.0mm，适配的液体物镜焦距为17.0mm。2分（3）物镜与筒镜之间的距离等于248.5~249.5mm，CCD成像单元被充分利用。2分（4）t=1s、2s、3s对应的液体透镜驱动电压为U1=74.9~75.1V、U2=76.3~76.5V、U3=75.6~75.8V。1.5分在坐标纸上画出驱动电压与时间的关系示意图：1.5分实验考试第4页/共5页驱动电压与时间的关系示意图实验考试第5页/共5页