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        首屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽試題解答與考試評(píng)析

        2011-02-01 03:34:14陶小平張?jiān)雒?/span>孫臘珍
        物理實(shí)驗(yàn) 2011年11期
        關(guān)鍵詞:物理測(cè)量實(shí)驗(yàn)

        陶小平,張 權(quán),祝 巍,張?jiān)雒?,孫臘珍

        (中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,安徽合肥230026)

        1 引 言

        首屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽于2010年12月24日至12月26日在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心舉行.本次競(jìng)賽由教育部高等教育司主辦,高等學(xué)校國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心聯(lián)席會(huì)協(xié)辦,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心承辦.競(jìng)賽的宗旨是激發(fā)大學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣與潛能,培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí),促進(jìn)高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革.來(lái)自全國(guó)34個(gè)國(guó)家級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的34個(gè)代表隊(duì)(4人/代表隊(duì))共136名大學(xué)生選手參加了本次競(jìng)賽.競(jìng)賽命題緊緊圍繞大賽宗旨,試題分為基礎(chǔ)性物理實(shí)驗(yàn)和綜合性、研究性物理實(shí)驗(yàn)題兩大類.每代表隊(duì)由2人分別單獨(dú)參加2個(gè)4h的基礎(chǔ)性物理實(shí)驗(yàn)題;另2名選手合作參加8h的綜合性、研究性物理實(shí)驗(yàn)題.經(jīng)過(guò)評(píng)審專家組的評(píng)審和競(jìng)賽組委會(huì)審議,評(píng)選出一等獎(jiǎng)20名(基礎(chǔ)性試題8名,綜合性、研究性試題12名);二等獎(jiǎng)36名(基礎(chǔ)性試題16名,綜合性、研究性試題20名),三等獎(jiǎng)80名(基礎(chǔ)性試題44名,綜合性、研究性試題36名).

        中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心承擔(dān)了本次競(jìng)賽的組織、命題,部分實(shí)驗(yàn)儀器裝置的研制和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的準(zhǔn)備等工作.本文對(duì)首屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的考試結(jié)果及競(jìng)賽中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析,希望對(duì)促進(jìn)各高校進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng),促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供有益的借鑒.

        2 基礎(chǔ)性試題的解答與評(píng)析

        基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)題為“測(cè)量霍爾片的電學(xué)性質(zhì)和銻化銦片的磁阻特性”和“用雙光柵Lau效應(yīng)測(cè)量平板玻璃的折射率”兩道題,均在獨(dú)立實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的裝置完成,每道題時(shí)限4h.

        2.1 試題1 測(cè)量霍爾片的電學(xué)性質(zhì)和銻化銦片的磁阻特性

        2.1.1 引言1879年,美國(guó)物理學(xué)家霍爾(Edwin Herbert Hall)發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)(Hall effect).霍爾效應(yīng)是指在金屬或半導(dǎo)體中通以電流,并在垂直于電流方向加一磁場(chǎng)時(shí),在物體中既與磁場(chǎng)又和電流垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差的現(xiàn)象.1857年,英國(guó)物理學(xué)家威廉·湯姆遜(William Thomson)發(fā)現(xiàn)了磁阻效應(yīng)(Magnetoresistance effect).磁阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體在外加磁場(chǎng)作用下電阻率增大的現(xiàn)象.當(dāng)半導(dǎo)體受到與電流方向垂直的磁場(chǎng)作用時(shí),由于半導(dǎo)體中載流子的速度有一定的分布,某些速度的載流子,霍爾電場(chǎng)的作用與洛倫茲力的作用剛好抵消,這些載流子的運(yùn)動(dòng)方向不偏轉(zhuǎn),而大于或小于此速度的載流子,運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),

        導(dǎo)致沿電流方向的速度分量減小,電流變?nèi)?,從而電阻率增?

        2.1.2 實(shí)驗(yàn)研究的問(wèn)題

        1)測(cè)量霍爾片的不等位電勢(shì),并判斷該材料的導(dǎo)電類型,計(jì)算其載流子濃度及電導(dǎo)率;

        2)研究銻化銦片的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的關(guān)系,在坐標(biāo)紙上畫出數(shù)據(jù)點(diǎn)并進(jìn)行分析.

        2.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

        1)測(cè)量霍爾片電學(xué)性質(zhì)的器材:霍爾片(圖1)、電磁鐵(具體參量見儀器)、霍爾效應(yīng)測(cè)試儀、雙刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線若干以及小磁針(箭頭指向磁感應(yīng)強(qiáng)度方向).

        圖1 霍爾片

        霍爾片幾何參量:厚度d=0.500mm,寬度b=4.00mm,接點(diǎn)A和B間的距離l=3.00mm.

        霍爾電壓VH為

        式中EH為霍爾電場(chǎng),IS為霍爾片的工作電流,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,RH為霍爾系數(shù),n為載流子濃度,e為電子電量.電導(dǎo)率σ為

        式中Vσ為不加磁場(chǎng)時(shí)接點(diǎn)A和B之間(或接點(diǎn)A′和B′之間)的電壓,稱為電導(dǎo)電壓,S為霍爾片截面面積.

        圖2 銻化銦結(jié)構(gòu)圖

        2)測(cè)量銻化銦片磁阻特性的器材:銻化銦片(圖2,B為外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,IS為通過(guò)銻化銦片的工作電流)、電磁鐵(具體參量見儀器)、穩(wěn)壓電源(5V)、霍爾效應(yīng)測(cè)試儀、滑線式電橋、靈敏電流計(jì)、滑動(dòng)變阻器、電阻箱(0~100kΩ)、雙刀開關(guān)、單刀開關(guān)以及導(dǎo)線若干.

        2.1.4 實(shí)驗(yàn)要求

        第1小題:測(cè)量霍爾片的電學(xué)性質(zhì)(60分)1)利用給定的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

        2)在工作電流為3.00mA時(shí),測(cè)量霍爾片的不等位電勢(shì),簡(jiǎn)述如何消除不等位電勢(shì),并在實(shí)驗(yàn)中消除之.

        3)判斷霍爾片的導(dǎo)電類型.

        4)勵(lì)磁電流在0.600A、并且工作電流在0~4.00mA范圍內(nèi),測(cè)量霍爾電壓與工作電流的關(guān)系并在坐標(biāo)紙上作圖.

        5)工作電流在3.00mA、并且勵(lì)磁電流在0~0.800A范圍內(nèi),測(cè)量霍爾電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系并在坐標(biāo)紙上作圖.

        6)工作電流在0.10mA、并且勵(lì)磁電流為0時(shí),測(cè)量電導(dǎo)電壓.

        7)計(jì)算霍爾片的載流子濃度以及電導(dǎo)率.(不要求評(píng)估結(jié)果的不確定度)

        第2小題:測(cè)量銻化銦片的磁阻特性(40分)

        1)利用給定的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

        2)畫出測(cè)量框圖.

        3)線圈的勵(lì)磁電流在0~0.800A之間,測(cè)量20組以上磁阻數(shù)據(jù).

        2.1.5 試題特點(diǎn)及解答

        1)試題特點(diǎn)

        作為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)試題,在定題過(guò)程中,經(jīng)過(guò)反復(fù)地討論和修改,要求試題既能突出物理基礎(chǔ)理論又能充分考查大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力.第1小題“測(cè)量霍爾片的電學(xué)性質(zhì)”,考查了考生對(duì)半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)基本理論的理解,及通過(guò)霍爾效應(yīng)確定半導(dǎo)體的性質(zhì);實(shí)驗(yàn)中要求考生消除霍爾效應(yīng)的副效應(yīng),確定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型,通過(guò)霍爾電壓和電導(dǎo)電壓的測(cè)量確定霍爾片的電學(xué)性質(zhì).第2小題“測(cè)量銻化銦片的磁阻特性”,考查了半導(dǎo)體磁阻效應(yīng)的基礎(chǔ)理論,要求考生采用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)電橋電路,完成半導(dǎo)體電阻隨磁場(chǎng)變化的測(cè)量,探究銻化銦片電阻隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的關(guān)系.

        試題難度不大,但內(nèi)容較多,數(shù)據(jù)處理量也較大,要求4h內(nèi)完成,對(duì)考生基礎(chǔ)理論的理解程度、基本物理儀器的熟練使用程度及基本實(shí)驗(yàn)技能的儲(chǔ)備都是不小的挑戰(zhàn),筆者認(rèn)為,該試題較全面地考查了考生的基本知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)技能及數(shù)據(jù)處理和分析能力,符合基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)試題要求.

        2)試題解答

        第1小題解答:利用提供的儀器設(shè)備,正確測(cè)量出不等位電勢(shì);闡述不等位電勢(shì)的消除方法(換向法、偏置電壓法),判斷出半導(dǎo)體導(dǎo)電類型為n型;在坐標(biāo)紙上分別作出霍爾電壓與工作電流、霍爾電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系,如圖3和圖4所示,根據(jù)上述關(guān)系圖形,計(jì)算出載流子濃度和電導(dǎo)率.(略詳解)

        圖3 霍爾電壓VH與工作電流IS之間的關(guān)系曲線

        圖4 霍爾電壓VH與勵(lì)磁電流IM之間的關(guān)系曲線

        圖5 銻化銦片的磁阻特性實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖

        圖6 關(guān)系圖

        2.1.6 考試結(jié)果及評(píng)析

        表1是對(duì)34名參賽學(xué)生基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)試題1的得分所作的統(tǒng)計(jì).

        表1 實(shí)驗(yàn)試題1的得分

        參賽學(xué)生在該試題的各小題得分情況如圖7所示,由圖7可以看出,第1小題得分情況大致符合高斯分布,這得益于評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化,無(wú)論是儀器的組裝和測(cè)量,還是測(cè)量結(jié)果的計(jì)算和分析,在評(píng)分細(xì)則中都給出了詳盡的得分點(diǎn).第2小題考生得分普遍偏低,這部分考生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未能正確地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和畫出實(shí)驗(yàn)的測(cè)量框圖,實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和數(shù)據(jù)處理與參考答案不符,或部分考生因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系沒有完成實(shí)驗(yàn),導(dǎo)致得分情況偏離高斯分布.但總體上看,得分情況大致符合高斯分布,兩小題有一定的區(qū)分度.

        通過(guò)具體的統(tǒng)計(jì)分析,我們分析如下:

        1)第1小題突出了實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論性,涉及較多的物理概念和測(cè)量技術(shù).從監(jiān)考和閱卷中可以看出,霍爾效應(yīng)中副效應(yīng)的消除是實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的較普遍的問(wèn)題,近一半的考生對(duì)霍爾效應(yīng)副效應(yīng)的產(chǎn)生和消除了解不夠,實(shí)驗(yàn)測(cè)量中,相當(dāng)部分的考生沒有通過(guò)改變霍爾片電流和磁場(chǎng)方向來(lái)消除副效應(yīng),也有部分考生雖然知道需要消除,但實(shí)驗(yàn)方法錯(cuò)誤,未能通過(guò)實(shí)驗(yàn)中提供的雙刀雙擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)電流和磁場(chǎng)換向.不等位電勢(shì)的測(cè)量是本小題另一個(gè)考點(diǎn),約40%考生未能正確測(cè)量或沒有測(cè)量.還有約20%的考生由于未能正確判斷材料的導(dǎo)電類型而被扣分.另外,值得一提的是,少數(shù)考生由于接線錯(cuò)誤而損壞霍爾片,顯然,這些考生忽視了試題中的注意事項(xiàng),對(duì)實(shí)驗(yàn)的總體完成產(chǎn)生較大影響,本小題的平均得分為28.44分(滿分為60分).綜合看來(lái),第1小題是對(duì)考生的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的較全面考察,大約80%的考生完成了此實(shí)驗(yàn).

        圖7 試題1分?jǐn)?shù)直方圖

        2)第2小題要求考生先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),畫出測(cè)量框圖,進(jìn)而搭建電路并完成測(cè)量.從監(jiān)考和閱卷中可以看出,近一半的考生由于審題不全面或不仔細(xì),沒有根據(jù)實(shí)驗(yàn)提供的器材正確地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).滑線式電橋是本實(shí)驗(yàn)提供的主要器材之一,供考生搭建電橋時(shí)使用,近40%考生出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤或根本就不會(huì)使用,少數(shù)考生甚至由于接線錯(cuò)誤而損壞銻化銦片,造成這一問(wèn)題的原因可能與目前的物理實(shí)驗(yàn)多采用集成電橋,忽視設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力有關(guān).根據(jù)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果畫出實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)圖,是本小題的另一主要內(nèi)容,約一半的考生未能正確畫出數(shù)據(jù)點(diǎn)圖,或者作圖不符合實(shí)驗(yàn)規(guī)范和要求,當(dāng)然,還有相當(dāng)部分的考生由于缺乏參賽經(jīng)驗(yàn),時(shí)間分配不夠合理而未完成答卷,所有這些導(dǎo)致考生得分普遍很低.從統(tǒng)計(jì)情況看,本小題的平均得分為8.21分(滿分為40分),得分為0分的有7人.綜合看來(lái),第2小題是對(duì)考生基本實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力的考察,大約20%的考生完成了此實(shí)驗(yàn).

        3)總之,基礎(chǔ)性試題1強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論和測(cè)量技術(shù),對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本技能、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和作圖等都有較高的要求,參賽考生的最高分97分,最低分4分,平均分36.65分,考試成績(jī)符合統(tǒng)計(jì)高斯分布[圖7(c)所示].

        2.2 試題2 用雙光柵Lau效應(yīng)測(cè)量平板玻璃的折射率

        2.2.1 引言

        用擴(kuò)展光源照明2個(gè)相互平行且有一定間距的相同光柵,在無(wú)窮遠(yuǎn)處可以看到平行的干涉條紋,此為L(zhǎng)au效應(yīng).其實(shí)驗(yàn)原理如圖8所示,當(dāng)平行光垂直入射到第一個(gè)光柵(光柵刻線與準(zhǔn)直管狹縫平行),在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中可見到幾條衍射亮線.逐漸加寬準(zhǔn)直管的狹縫,視場(chǎng)中的亮線隨之逐漸展寬,成為幾個(gè)亮帶,如圖9(a)所示.這時(shí)放置第二個(gè)衍射光柵(兩光柵的刻線須平行),其后的衍射光發(fā)生多束干涉.當(dāng)兩光柵間距Z0為Δ2/2λ的整數(shù)倍時(shí)(Δ為光柵常量,λ為波長(zhǎng)),望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中的幾條亮帶中會(huì)出現(xiàn)干涉條紋,這是第一個(gè)光柵的刻痕在望遠(yuǎn)鏡后焦面上的像,如圖9(b)所示,圖中s為條紋間距.

        圖8 Lau效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理示意圖

        將厚度為d、折射率為n的標(biāo)準(zhǔn)樣品置于載物臺(tái)上,且入射光線垂直樣品,轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),樣品后表面出射光線的橫向位移D與入射角i(入射光線與樣品前表面法線的夾角)關(guān)系為[1-2]

        圖9 干涉條紋

        從入射角i為零時(shí)開始轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),隨著載物臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng),望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中的條紋發(fā)生移動(dòng).假設(shè)條紋移動(dòng)了m條,其移動(dòng)的距離為(f為望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距),有

        由圖9(b)得

        由(3)~(5)式可得:

        2.2.2 實(shí)驗(yàn)研究的問(wèn)題

        將待測(cè)樣品(厚度為d1、折射率為n1)取代標(biāo)準(zhǔn)樣品,按上述操作,使望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中的干涉條紋同樣也移動(dòng)m條(建議在本實(shí)驗(yàn)中取m=10),這時(shí)的入射角記為i1.由(6)式可得待測(cè)樣品的折射率為

        2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器

        2.2.4 實(shí)驗(yàn)要求

        1)根據(jù)圖8組裝實(shí)驗(yàn)裝置,并畫出望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中Lau效應(yīng)的圖像.建議:由于空間的限制,Z0的范圍為6~8cm.(20分)

        2)測(cè)量樣品折射率.(65分)

        a.測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品厚度、入射角,各測(cè)量3次.

        b.測(cè)量待測(cè)樣品1的入射角,測(cè)量3次;測(cè)量待測(cè)樣品2的厚度、入射角,各分別測(cè)量3次.

        c.計(jì)算待測(cè)樣品1和待測(cè)樣品2的折射率.

        3)計(jì)算置信概率P=0.95時(shí)標(biāo)準(zhǔn)樣品厚度的A類不確定度.已知3次測(cè)量的t因子t0.95=4.30.(15分)

        2.2.5 試題的特點(diǎn)

        該試題突出了“基礎(chǔ)性”要求,參賽學(xué)生和帶隊(duì)教師反映該題難度不大.光柵的基本物理原理在大學(xué)物理教材和課堂教學(xué)中均有,不會(huì)使參賽學(xué)生感到陌生.本實(shí)驗(yàn)所使用的儀器絕大部分是國(guó)內(nèi)高校物理實(shí)驗(yàn)中心必備的實(shí)驗(yàn)儀器,如:分光計(jì)、光柵、鈉光燈和螺旋測(cè)微計(jì)等.使用常見的分光計(jì)獲得平板玻璃的物理參量,如折射率、光柵常量和角度等,可以考查學(xué)生掌握物理基本儀器的能力,以及必備的物理實(shí)驗(yàn)技能.實(shí)驗(yàn)中光柵的高低、俯仰、旋轉(zhuǎn)采用的是萬(wàn)向桿架(萬(wàn)向節(jié))調(diào)整,該桿架調(diào)整機(jī)構(gòu)在光學(xué)平臺(tái)上結(jié)合磁性表座,可360°相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),適用性強(qiáng),應(yīng)用方便.使用萬(wàn)向桿架調(diào)整光學(xué)元件,在高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中使用率不高,應(yīng)該講這對(duì)學(xué)生是個(gè)挑戰(zhàn),相信只有少數(shù)優(yōu)秀的、掌握實(shí)驗(yàn)原理和基本功扎實(shí)的考生,才能得到正確答案.參賽學(xué)生的考試成績(jī)分布表2(對(duì)34名參賽學(xué)生基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)試題2的得分所作的統(tǒng)計(jì))能夠說(shuō)明這一點(diǎn).由表2可見,本競(jìng)賽試題能將考生成績(jī)拉開,使大學(xué)物理理論基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)的考生能獲得較好的成績(jī).

        表2 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)試題2學(xué)生得分的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        2.2.6 考試結(jié)果及評(píng)析

        參賽學(xué)生在該試題的各小題得分情況如圖10所示(橫坐標(biāo)表示分?jǐn)?shù)的區(qū)間,縱坐標(biāo)表示學(xué)生人數(shù)),由圖10中可以看出:

        圖10 基礎(chǔ)性試題2的得分情況

        1)對(duì)該試題要求1,在競(jìng)賽前,我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)要求做了幾次更改,在實(shí)驗(yàn)要求中帶有提示性,如:由于空間的限制,z0的范圍為6~8cm,目的是為了“送分”.統(tǒng)計(jì)的結(jié)果是該題的平均分達(dá)15.74分,其分?jǐn)?shù)段的分布情況如圖10(a)所示,完全達(dá)到命題的目的.但是,仍有考生由于實(shí)驗(yàn)光路搭建或調(diào)整上出現(xiàn)了問(wèn)題,導(dǎo)致在望遠(yuǎn)鏡筒的視場(chǎng)中看不到干涉條紋.我們認(rèn)為這部分學(xué)生對(duì)分光計(jì)的基本技術(shù)沒有掌握,搭建光路的基本能力不夠扎實(shí).

        2)測(cè)量樣品的折射率是本試題的主要部分,是用來(lái)考核參賽學(xué)生能力的.這部分的平均得分是28.94分(滿分是65分),得分≤15分的有10人,得分在16~30分的有10人,得分在31~56分的有12人,獲得滿分有1人.這部分考生問(wèn)題出在他們能正確地用螺旋測(cè)微器測(cè)量樣品厚度,能使用分光計(jì)平臺(tái)測(cè)量出樣品的入射角,但是在計(jì)算折射率時(shí)只有大約26%的考生計(jì)算正確,這可能是由于大部分考生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解不夠,測(cè)量樣品時(shí)起始角度可能不是0°,也可能是不知道要用對(duì)比的方法利用式(7)計(jì)算折射率.考生的這些表現(xiàn)可能與他們平時(shí)上物理實(shí)驗(yàn)課的方式有關(guān).如實(shí)驗(yàn)課上教師總會(huì)詳細(xì)地介紹實(shí)驗(yàn)步驟,有時(shí)甚至還給學(xué)生進(jìn)行示范性操作,而不是讓學(xué)生根據(jù)自己對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn).因此,我們應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解的基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方面的能力的培養(yǎng).

        3)利用自己所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值,給出置信概率P=0.95時(shí)標(biāo)準(zhǔn)樣品厚度的A類不確定度.這是用來(lái)進(jìn)一步考核參賽學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)差、不確定度和測(cè)量結(jié)果的表示.在命題時(shí),我們考慮到各高校對(duì)B類不確定度和合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的解讀稍有不同,所以在考核中僅要求給出A類不確定度.令我們感到吃驚的是此題有14人得0分[如圖10(c)所示],另在寫測(cè)量結(jié)果時(shí),有效數(shù)字和物理量的單位也是考生失分較多的地方,為避免這類實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的發(fā)生,我們認(rèn)為應(yīng)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的緒論課和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的訓(xùn)練.

        4)圖10(d)所示的34名參賽學(xué)生所得本題總分的分布情況表明,參賽學(xué)生的考試成績(jī)符合統(tǒng)計(jì)高斯分布,說(shuō)明通過(guò)本試題能夠?qū)⒒A(chǔ)物理概念清晰、基本實(shí)驗(yàn)技能與動(dòng)手能力強(qiáng)的考生篩選出來(lái).

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