第28届全国中学生物理竞赛决赛 实验试题一试卷及答卷
直流电源特性的研究
一、 题目：
一直流待测电源Ex，开路电压小于2V。
（1） 利用所给仪器，自组电压表、并测量待测电源Ex的开路电压； （2） 利用所给仪器，测量待测电源Ex的短路电流。
二、 仪器：
直流待测电源Ex，六位电阻箱二台，标称值350欧姆的滑线变阻器一台，标称值3V直流电压源E一台，准确度等级0.5级指针式100微安直流电流表A1一台，准确度等级0.5级指针式多量程直流电流表
A2一台，准确度等级1.5级指针式检流计G一台，开关、导线若干。
三、 说明：
1、 待测电源Ex具有非线性内阻，不适合用U?I曲线外推法测量； 2、 测量中需要的电压表用100微安指针式直流电流表A1和电阻箱自组； 3、 标称值3V直流电压源E由两节1号干电池、15欧姆保护电阻串联构成；
4、 所画测量电路中的待测电源Ex、3V直流电压源E、电流表A1、电流表A2需用“?”和“?”标明其正负极性；
5、 检流计G两接线端子上并联两个保护二级管，作为平衡指示器使用时，可以不使用串联保护电阻。
如果测试中需要用检流计G判断电流是否为0时，应说明检流计G指示为0的判断方法或者判断过程。
四、 要求：
1、 （7分）利用所给器材，测量100微安电流表内阻，并将100微安电流表改装成2.00V量程的电压表。
要求画出测量内阻的电路图，简述测量原理，给出测量结果；画出自组电压表的示意图，并标明元件的数值。 2.1（5分）画出测量待测电源Ex的开路电压的电路图，简述测量待测电源Ex开路电压的原理和步骤。 2.2（6分）连接电路、测量并记录必要的数据，标明待测电源Ex开路电压的测量值。
3.1（5分）画出测量待测电源Ex短路电流的电路图，并简述测量待测电源Ex短路电流的原理和步聚。 3.2（7分）连接电路、测量并记录必要的数据，写出待测电源Ex短路电流的测量值。
实验试题一答题纸：
1（7分）利用所给器材，测量100微安电流表内阻，并将100微安电流表改装成2.00V量程的电压表。要
求画出测量内阻的电路图，简述测量原理，给出测量结果；画出自组电压表的示意图，并标明元件的
数值。
2.1（5分）画出测量待测电源Ex的开路电压的电路图，简述测量待测电源Ex的开路电压的原理和步聚。
2.2（6分）连接电路、测量并记录必要的数据，写出待测电源Ex开路电压的测量值。
3.1（5分）画出测量电源Ex短路电流的电路图，并简述测量电源Ex短路电流的原理和步聚。
3.2（7分）连接电路、测量并记录必要的数据，写出待测电源Ex短路电流的测量值。
第28届全国中学生物理竞赛决赛 实验试题二试卷及答卷
光电效应的实验研究
一、概述
金属及其化合物在光照射下发射电子的现象称为光电效应。爱因斯坦指出，一束光就是一束以光束运动的粒子流，这些粒子称为光子，频率为v的光的每一个光子所具有的能量为
hv，它不能再分割，而只能整个地被吸收或产生出来。根据能量守恒定律，当金属中的电子从入射光中吸收光子的能量后，就获得能量hv，如果hv大于该金属的电子逸出功A，这个电子就可以从金属中逸出，叫做光电子，且有：
12 hv?A?m?m2该式称为爱因斯坦光电效应方程。逸出功A是指一个电子脱离金属表面时需做的最小功，
12是光电子m?m2从金属表面逸出时所具有的最大初动能。h是普朗克常数。由方程可知，能够使某种金属产生光电子的入
射光，其最低频率v0应由该金属的逸出功决定，v0称为截止频率。而照射光的光强是由单位时间到达单位垂直面积的光子数决定的，光强越大，逸出的光电子数越多。
利用光电效应原理制成的光电管能将光电信号转化为电信号。光电管的示意图为：
，其中K
为阴极，光照后可发射光电子；A为阳极，加正电压时收集光电子，负电压时阻止光电流。光电管的主要特性有：
1．伏安特性：当照射光的频率和光强一定时，光电流随两极间电压变化的特性称为伏安特性。用不同强度的光照射光电管时，可得到不同的伏安特性曲线。极间电压为零时，光电流并不为零。当光电管加反向电压至一定值Ua时，光电流才为零，Ua称为截止电压。
2．光电特性：当照射光的频率和两极间电压一定时，饱和光电流IH随照射光强度变化的特性称为光电特性。
3．光电管的截止电压Ua与光照频率v有关，测出不同频率光照射下光电管的截止电压Ua，画出
UaA。
v的关系图，从而根据光电效应方程，可由图线求出普朗克常数h、阴极材料的截止频率v0和逸出功
二、仪器用具
1．装在暗盒中的光电管
(附有挡光盖)一只；
2．高压汞灯及其电源一套（附有挡光盖）；
3．滤光片一组（其透射光的中心波长?分别为365nm，； 405nm，436nm，546nm，577nm） 4．光阑一组（直径?=2mm，； 4mm，8mm）
5．直流稳压电源E1一个（30V稳压恒流电源，已调至稳压状态，显示“CV”）； 6．电位器R一个（3.3k?，； 3W） 7．专用微电流计
一个及专用电缆线（它是实验仪中的微电流测量部分，用于测量光电管所产生的
光电流，电缆线实际是两条线，当用电缆线将实验仪背面的“微电流输入”与光电管暗盒背面的“K”接通时，
就串联在电路中，电流量程为10?8，10?9，10?10，10?11，10?12，10?13A。实验仪还有一个测量普朗克常数
； h时要用到的-2+2V电源E2及电压调节旋钮，仪器面板见使用说明）
8．直流电压表
一个（0.5级，0； 1530V）
9．光具座一个（附有标尺）； 10．单刀开关k1一个； 11．双刀双掷换向开关k212．导线若干。
一个；
三、实验题目及要求
1．测定光电管的伏安特性（14分）
（1）画出实验电路图，注明所用仪器符号； （2）简述实验方案（或主要步骤）；
（3）连接电路，选择436nm的滤光片使照射光为波长436nm的单色光，用?=8mm的光阑固定光强，光源与光电管间的距离s调为40.0cm，改变光电管极间的电压UAK（-3V流计量程（在10?9，合理选择电压表和电30V）
10?11A范围内选），测量若干组电压UAK与电流I的值；
固定照射光的波长仍为436nm，改变光强（用4mm和2mm光阑），再测两次UAK、I值； （4）在直角坐标纸上同一坐标系中作出UAK 注：测量时不准用实验仪内的-2中的电流测量部分作微电流计使用。
I图。
+30V电源，必须用所给的直流稳压电源等自组测量电路；实验仪
2．用“零电流”法测定普朗克常数h及从图线上求出截止频率v0，并计算阴极材料的逸出功A。（16分）
“零电流”法是直接将各谱线光照射下测得的电流为零时对应的电压UAK的绝对值作为截止电压Ua。 （1）推导测量普朗克常数的实验公式，简述实验原理；
（2）光电管用实验仪的-2+2V电压输出端供电，用专用线连接电路，简述实验步骤； （3）固定s=30.0cm，?=4mm，电流计量程用10?12A档，用不同的滤光片以改变照射光的频率，在
电流I=0及其两边各测两组共五组数据，以确定各自对应的截止电压Ua值；
（4）作Ua（5）根据Ua（6）根据Ua
v图；
； v图求出普朗克常数h的值（要有计算过程）
v图得出截止频率v0，并计算光电管阴极材料的逸出功A。
+2V电源、电压表和电流计。
注：这部分测量时要求用实验仪内的-2四、注意事项
（1）使用光电管和汞灯光源的挡光盖，不要使光电管暴露在强光下；不要用眼睛直视汞灯发出的光！
换光阑和滤光片时，先将汞灯的遮光盖盖上！ （2）防止滤光片及光阑污染或打碎！
（3）指针式电压表如接错位置或正负极，指针反转会损坏仪表！ （4）调节到位后，读取数据宜迅速！
实验试题二答题纸：
1．测定光电管的伏安特性（14分） 1.1画出电路图（3分）
1.2简述实验步骤（3分）
1.3数据记录（5分） ?= ，S= UAKV -3.0 -2.0 -1.0 -0.6 0.0 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 11.0 14.0 ?I ??17.0 20.0 23.0 26.0 30.0
第28届全国中学生物理竞赛决赛实验试题及参考解答
