大学物理实验(17200字)

来源:m.ttfanwen.com时间:2016.4.18

物理实验全解

实验一 霍尔效应及其应用

【预习思考题】

1.列出计算霍尔系数 、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。 霍尔系数 ,载流子浓度 ,电导率 ,迁移率 。

2.如已知霍尔样品的工作电流 及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型?

以根据右手螺旋定则,从工作电流 旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压 为正,则样品为P型,反之则为N型。

3.本实验为什么要用3个换向开关?

为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电流 及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差 ,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。总之,一共需要3个换向开关。

【分析讨论题】

1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5) 测出的霍尔系数 比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行?

若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。

2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源?

误差来源有:测量工作电流 的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。 实验二 声速的测量

【预习思考题】

1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定?

答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度。

2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的?

答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加交变电场,材料会发生机械形变,这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应,压电陶瓷环片在交变电压作用下,发生纵向机械振动,在空气中激发超声波,把电信号转变成了声信号。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应,空气的振动

使压电陶瓷环片发生机械形变,从而产生电场,把声信号转变成了电信号。

【分析讨论题】

1. 为什么接收器位于波节处,晶体管电压表显示的电压值是最大值?

答:两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波。其驻波方程为

A(x)为合成后各点的振幅。当声波在媒质中传播时,媒质中的压强也随着时间和位置发生变化,所以也常用声压P描述驻波。声波为疏密波,有声波传播的媒质在压缩或膨胀时,来不及和外界交换热量,可近似看作是绝热过程。气体做绝热膨胀,则压强减小;做绝热压缩,则压强增大。媒质体元的位移最大处为波腹,此处可看作既未压缩也未膨胀,则声压为零,媒质体元位移为零处为波节,此处压缩形变最大,则声压最大。由此可知,声波在媒质中传播形成驻波时,声压和位移的相位差为。令P(x)为驻波的声压振幅,驻波的声压表达式为

波节处声压最大,转换成电信号电压最大。所以接收器位于波节处,晶体管电压表显示的电压值是最大值。

2. 用逐差法处理数据的优点是什么?

答:逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法,是对等间隔变化的被测物理量的数据,进行逐项或隔项相减,来获得实验结果的数据处理方法。逐差法进行数据处理有很多优点,可以验证函数的表达形式,也可以充分利用所测数据,具有对数据取平均的效果,起到减小随机误差的作用。本实验用隔项逐差法处理数据,减小了测量的随机误差。

实验三 衍射光栅

【预习思考题】

1. 如何调整分光计到待测状态?

答:(1)调节望远镜适合接收平行光,且其光轴垂直于仪器中心轴;

(2)平行光管能发出平行光,且其光轴垂直于仪器中心轴;

(3)载物台的台面垂直于仪器中心轴。

2. 调节光栅平面与入射光垂直时,为什么只调节载物台调平螺钉b、c,而当各级谱线左右两侧不等高时,又只能调节载物台调平螺钉a?

答:调节光栅平面与入射光垂直时,光栅放在载物台调平螺钉b、c的垂直平分线上,望远镜和平行光管已调好,调节载物台调平螺钉a不能改变光栅面与入射光的夹角,只能调节螺钉b或c使光栅面反射回来的“+”字像与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合,此时光栅平面与入射光垂直。

当各级谱线左右两侧不等高时,说明光栅刻线与载物台平面不垂直,调节b、c破坏入射光垂直光栅面,只调节a即可使各级谱线左右两侧等高。

【分析讨论题】

1. 利用本实验的装置如何测定光栅常数?

答:与实验步骤一样,调出光谱线,已知绿光波长 m,测量一级( )绿光衍射角 ,根据光栅方程 ,可计算出光栅常数d 。

2. 三棱镜的分辨本领 ,b是三棱镜底边边长,一般三棱镜约为1000cm-1。问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨率?

解:已知:实验测得 =27000, cm-1 求b。

由 得 b= (cm)

答:略。

实验四 多用电表的设计与制作

【分析讨论题】

1. 校准电表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高或偏低,即 总向一个方向偏,试问这是什么原因造成的?欲使有正有负(合理偏向)应采取什么措施?

分流电阻或分压电阻的阻值不符合实际情况,导致读数都偏高或偏低。欲使 有正有负(合理偏向)应选择合适的分流电阻或分压电阻。

2. 证明欧姆表的中值电阻与欧姆表的内阻相等。

满偏时(因Rx=0)

半偏时

可得中值电阻 综合内阻

实验五 迈克耳孙干涉仪的调整与使用

【预习思考题】

1. 迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的?

答:迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。

2. 迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产生的?条纹形状如何?随M1、M2’的间距d如何变化?

答:(1)等倾干涉条纹的产生通常需要面光源,且M1、M2’应严格平行;等厚干涉条纹的形成则需要M1、M2’不再平行,而是有微小夹角,且二者之间所加的空气膜较薄。

(2)等倾干涉为圆条纹,等厚干涉为直条纹。

(3)d越大,条纹越细越密;d 越小,条纹就越粗越疏。

3. 什么样条件下,白光也会产生等厚干涉条纹?当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,M1、M2’两镜子的位置成什么关系?

答:白光由于是复色光,相干长度较小,所以只有M1、M2’距离非常接近时,才会有彩色的干涉条纹,且出现在两镜交线附近。

当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,说明M1、M2’已相交。

【分析讨论题】

1. 用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同?

答:二者虽然都是圆条纹,但牛顿环属于等厚干涉的结果,并且等倾干涉条纹中心级次高,而牛顿环则是边缘的干涉级次高,所以当增大(或减小)空气层厚度时,等倾干涉条纹会向外涌出(或向中心缩进),而牛顿环则会向中心缩进(或向外涌出)。

2. 想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率?

答:首先将仪器调整到M1、M2’相交,即视场中央能看到白光的零级干涉条纹,然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中(主要是为了避免空程差),继续向原方向移动M1镜,直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时,记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N,根据,即可求出n。

实验六 用牛顿环法测定透镜的曲率半径

【预习思考题】

1.白光是复色光,不同波长的光经牛顿环装置各自发生干涉时,同级次的干涉条纹的半径不同,在重叠区域某些波长的光干涉相消,某些波长的光干涉相长,所以牛顿环将变成彩色的。

2.说明平板玻璃或平凸透镜的表面在该处不均匀,使等厚干涉条纹发生了形变。

3.因显微镜筒固定在托架上可随托架一起移动,托架相对于工作台移动的距离也即显微镜移动的距离可以从螺旋测微计装置上读出。因此读数显微镜测得的距离是被测定物体的实际长度。

4.(1)调节目镜观察到清晰的叉丝;(2)使用调焦手轮时,要使目镜从靠近被测物处自下向上移动,以免挤压被测物,损坏目镜。(3)为防止空程差,测量时应单方向旋转测微鼓轮。

5.因牛顿环装置的接触处的形变及尘埃等因素的影响,使牛顿环的中心不易确定,测量其半径必然增大测量的误差。所以在实验中通常测量其直径以减小误差,提高精度。

6.有附加光程差d0,空气膜上下表面的光程差 =2dk+d0+ ,产生k级暗环时, =(2k+1) /2,k=0,1,2…,暗环半径rk= ;则Dm2=(m —d0)R,Dn2= (n —d0)R,R= 。

【分析讨论题】

1. 把待测表面放在水平放置的标准的平板玻璃上,用平行光垂直照射时,若产生牛顿环现象,则待测表面为球面;轻压待测表面时,环向中心移动,则为凸面;若环向中心外移动,则为凹面。

2.牛顿环法测透镜曲率半径的特点是:实验条件简单,操作简便,直观且精度高。

3.参考答案

若实验中第35个暗环的半径为a ,其对应的实际级数为k,

a2=kR k=

=2d35+ +d0=(2k+1) (k=0,1,2…)

d=

实验七 传感器专题实验

电涡流传感器

【预习思考题】

1.电涡流传感器与其它传感器比较有什么优缺点?

这种传感器具有非接触测量的特点,而且还具有测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响、结构简单及安装方便等优点。缺点是电涡流位移传感器只能在一定范围内呈线性关系。

2.本试验采用的变换电路是什么电路。

本实验中电涡流传感器的测量电路采用定频调幅式测量电路。

【分析讨论题】

1.若此传感器仅用来测量振动频率,工作点问题是否仍十分重要?

我们所说的工作点是指在振幅测量时的最佳工作点,即传感器线性区域的中间位置。若测量振幅时工作点选择不当,会使波形失真而造成测量的误差或错误。但仅测量频率时波形失真不会改变其频率值。所以,仅测量频率时工作点问题不是十分重要。

2.如何能提高电涡流传感器的线性范围?

一般情况下,被测体导电率越高,灵敏度越高,在相同的量程下,其线性范围越宽线性范围还与传感器线圈的形状和尺寸有关。线圈外径大时,传感器敏感范围大,线性范围相应也增大,但灵敏度低;线圈外径小时,线性范围小,但灵敏度增大。可根据不同要求,选取不同的线圈内径、外径及厚度参数。

霍尔传感器

【预习思考题】

1.写出调整霍尔式传感器的简明步骤。

(1)按图6.2-6接线;

(2)差动放大器调零;

(3)接入霍尔式传感器,安装测微头使之与振动台吸合;

(4)上下移动测微头±4mm,每隔0.5mm读取相应的输出电压值。

2.结合梯度磁场分布,解释为什么霍尔片的初始位置应处于环形磁场的中间。

在环形磁场的中间位置磁感应强度B为零。由霍尔式传感器的工作原理可知,当霍尔元件通以稳定电流时,霍尔电压UH的值仅取决于霍尔元件在梯度磁场中的位移x,并在零点附近的一定范围内存在近似线性关系。

【分析讨论题】

1.测量振幅和称重时的作用有何不同?为什么?

测量振幅时,直接测量位移与电压的关系。要求先根据测量数据作出U~x关系曲线,标出线性区,求出线性度和灵敏度。称重时测量电压与位移的关系,再换算成电压与重量的关系。振动台作为称重平台,逐步放上砝码,依次记下表头读数,并做出U~W曲线。在平台上另放置一未知重量之物品,根据表头读数从U~W曲线中求得其重量。

2.描述并解释实验内容2的示波器上观察到的波形。

交流激励作用下其输出~输入特性与直流激励特性有较大的不同,灵敏度和线性区域都发生了变化。示波器上的波形在振幅不太大时为一正弦波。若振幅太大,超出了其线性范围,则波形会发生畸变。

试验八 铁磁材料磁滞回线的测绘

【预习思考题】

1. 测绘磁滞回线和磁化曲线前为何先要退磁?如何退磁?

答:由于铁磁材料磁化过程的不可逆性即具有剩磁的特点,在测定磁化曲线和磁滞回线时,首先必须对铁磁材料预先进行退磁,以保证外加磁场H=0时B=0。退磁的方法,从理论上分析,要消除剩余磁感应强度Br,只需要通以反向电流,使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽力即可,但实际上矫顽力的大小通常并不知道,则无法确定退磁电流的大小。常采用的退磁方法是首先给要退磁的材料加上一个大于(至少等于)原磁化场的交变磁场(本实验中顺时针方向转动“U选择”旋钮,令U从0依次增至3V),铁磁材料的磁化过程是一簇逐渐扩大的磁滞回线。然后逐渐减小外加磁场,(本实验中逆时针方向转动旋钮,将U从最大值依次降为0),则会出现一簇逐渐减小而最终趋向原点的磁滞回线。当外加磁场H减小到零时,铁磁材料的磁感应强度B亦同时降为零,即达到完全退磁。

2. 如何判断铁磁材料属于软、硬磁性材料?

答:软磁材料的特点是:磁导率大,矫顽力小,磁滞损耗小,磁滞回线呈长条状;硬磁材料的特点是:剩磁大,矫顽力也大,磁滞特性显著,磁滞回线包围的面积肥大。

【分析讨论题】

1. 本实验通过什么方法获得H和B两个磁学量?简述其基本原理。

答:本实验采用非电量电测技术的参量转换测量法,将不易测量的磁学量转换为易于测量的电学量进行测定。按测试仪上所给的电路图连接线路,将电压UH和UB分别加到示波器的“x输入”和“y输入”,便可观察到样品的磁滞回线,同时利用示波器测绘出基本磁化曲线和磁滞回线上某些点的UH和UB值。根据安培环路定律,样品的磁化场强为

(L为样品的平均磁路)

根据法拉弟电磁感应定律,样品的磁感应强度瞬时值

由以上两个公式可将测定的UH和UB值转换成H和B值,并作出H~B曲线。

【实验仪器】

2. 铁磁材料的磁化过程是可逆过程还是不可逆过程?用磁滞回线来解释。

答:铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。铁磁材料在外加磁场中被磁化时,外加磁场强度H与铁磁材料的磁感应强度B的大小是非线性关系。当磁场H从零开始增加时,磁感应强度B

随之以曲线上升,当H增加到Hm时,B几乎不再增加,达到饱和值Bm,从O到达饱和状态这段B-H曲线,称为起始磁化曲线。当外加磁场强度H从Hm减小时,铁磁材料的磁感应强度B也随之减小,但不沿原曲线返回,而是沿另一曲线下降。当H下降为零时,B不为零,仍保留一定的剩磁Br,使磁场反向增加到-Hc时,磁感应强度B下降为零。继续增加反向磁场到-Hm,后逐渐减小反向磁场直至为零,再加上正向磁场直至Hm,则得到一条闭合曲线,称为磁滞回线。从铁磁材料的起始磁化曲线和磁滞回线可以看到,外加磁场强度H从Hm减小到零时的退磁曲线与磁场H从零开始增加到Hm时的起始磁化曲线不重合,说明退磁过程不能重复起始磁化过程的每一状态,所以铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。

实验九 用动态法测定金属棒的杨氏模量

【预习思考题】

1.试样固有频率和共振频率有何不同,有何关系?

固有频率只由系统本身的性质决定。和共振频率是两个不同的概念,它们之间的关系为: 式中Q为试样的机械品质因数。一般悬挂法测杨氏模量时,Q值的最小值约为50,所以共振频率和固有频率相比只偏低0.005%,故实验中都是用f共代替f固,

2.如何尽快找到试样基频共振频率?

测试前根据试样的材质、尺寸、质量,通过(5.7-3)式估算出共振频率的数值,在上述频率附近寻找。

【分析讨论题】

1.测量时为何要将悬线吊扎在试样的节点附近?

理论推导时要求试样做自由振动,应把线吊扎在试样的节点上,但这样做就不能激发试样振动。因此,实际吊扎位置都要偏离节点。偏离节点越大,引入的误差就越大。故要将悬线吊扎在试样的节点附近。

2.如何判断铜棒发生了共振?

可根据以下几条进行判断:

(1)换能器或悬丝发生共振时可通过对上述部件施加负荷(例如用力夹紧),可使此共振信号变小或消失。

(2)发生共振时,迅速切断信号源,观察示波器上李萨如图形变化情况,若波形由椭圆变成一条竖直亮线后逐渐衰减成为一个亮点,即为试样共振频率。

(3)试样发生共振需要一个孕育的过程,切断信号源后信号亦会逐渐衰减,它的共振峰宽度较窄,信号亦较强。试样共振时,可用尖嘴镊子纵向轻碰试样,这时会按图5.7-1的规律发现波腹、波节。

(4)在共振频率附近进行频率扫描时,共振频率两侧信号相位会有突变导致李萨如图形在Y轴左右明显摆动。

相关答案

力学和热学

电磁学

光学

近代物理

1. 是否可以测摆动一次的时间作周期值?为什么?

答:不可以。因为一次测量随机误差较大,多次测量可减少随机误差。

2. 将一半径小于下圆盘半径的圆盘,放在下圆盘上,并使中心一致,讨论此时三线摆的周

期和空载时的周期相比是增大、减小还是不一定?说明理由。

答:当两个圆盘的质量为均匀分布时,与空载时比较,摆动周期将会减小。因为此时若把两盘看成为一个半径等于原下盘的圆盘时,其转动惯量I0小于质量与此相等的同直径的圆盘,根据公式(3-1-5),摆动周期T0将会减小。

3. 三线摆在摆动中受空气阻尼,振幅越来越小,它的周期是否会变化?对测量结果影响大吗?为什么?

答:周期减小,对测量结果影响不大,因为本实验测量的时间比较短。

实验2 金属丝弹性模量的测量

1. 光杠杆有什么优点,怎样提高光杠杆测量的灵敏度?

答:优点是:可以测量微小长度变化量。提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离b,可以提高灵敏度,因为光杠杆的放大倍数为2D/b。 2. 何谓视差,怎样判断与消除视差?

答:眼睛对着目镜上、下移动,若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移,这种现象叫视差,细调调焦手轮可消除视差。

3. 为什么要用逐差法处理实验数据?

答:逐差法是实验数据处理的一种基本方法,实质就是充分利用实验所得的数据,减少随机误差,具有对数据取平均的效果。因为对有些实验数据,若简单的取各次测量的平均值,中间各测量值将全部消掉,只剩始末两个读数,实际等于单次测量。为了保持多次测量的优越性,一般对这种自变量等间隔变化的情况,常把数据分成两组,两组逐次求差再算这个差的平均值。

实验三,随即误差的统计规律

1. 什么是统计直方图? 什么是正态分布曲线?两者有何关系与区别?

答:对某一物理量在相同条件下做n次重复测量,得到一系列测量值,找出它的最大值和最小值,然后确定一个区间,使其包含全部测量数据,将区间分成若干小区间,统计测量结果出现在各小区间的频数M,以测量数据为横坐标,以频数M为纵坐标,划出各小区间及其对应的频数高度,则可得到一个矩形图,即统计直方图。

如果测量次数愈多,区间愈分愈小,则统计直方图将逐渐接近一条光滑的曲线,当n趋向于无穷大时的分布称为正态分布,分布曲线为正态分布曲线。

2. 如果所测得的一组数据,其离散程度比表中数据大,也就是即S(x)比较大,则所得到的周期平均值是否也会差异很大?

答:(不会有很大差距,根据随机误差的统计规律的特点规律,我们知道当测量次数比较大时,对测量数据取和求平均,正负误差几乎相互抵消,各误差的代数和趋于零。 实验四 电热法测量热功当量

1. 该实验所必须的实验条件与采用的实验基本方法各是什么?系统误差的来源可能有哪些?

答:实验条件是系统与外界没有较大的热交换,并且系统(即水)应尽可能处于准静态变化过程。实验方法是电热法。系统误差的最主要来源是系统的热量散失,而终温修正往往

不能完全弥补热量散失对测量的影响。其他来源可能有①水的温度不均匀,用局部温度代替整体温度。②水的温度与环境温度差异较大,从而给终温的修正带来误差。③温度,质量及电功率等物理量的测量误差。

2. 试定性说明实验中发生以下情况时,实验结果是偏大还是偏小?

(1) 搅拌时水被溅出;

答:实验结果将会偏小。水被溅出,即水的质量减少,在计算热功当量时,还以称横水的质量计算,即认为水的质量不变,但是由于水的质量减少,对水加热时,以同样的电功加热,系统上升的温度要比水没有上升时的温度要高,即水没溅出在同样电功加热时,应上升T度,而水溅出后上升的温度应是T+ΔT度。用,有Q =(cimiT), ,分母变大J变小。

(2) 搅拌不均匀 ;

答:J 偏大、偏小由温度计插入的位置与电阻丝之间的距离而定。离电阻丝较远时,系统温度示数比,匀均系统温度低,设T为均匀系统温度,温度计示值应为T-ΔT,用J=A/θ计算,分母变小,则J变大;离电阻丝较近时,温度计示值应为T+ΔT,分母变大,因而J变小。 (3) 室温测得偏高或偏低。

答:

设θ0为室温,若测得值偏高Δθ时,测量得到的温度值为θ0+Δθ;偏低Δθ时,测量温度值为θ0-Δθ,在计算温度亏损时,dTi=k(Ti-θ),k是与是室温无关的量(k与室温有关),只与降温初温和降温终温以及降温时间有关,测得室温偏高时,dTi=k[Ti- (θ0+Δθ)+,每秒内的温度亏损dTi小于实际值,t秒末的温度亏损δTi=∑k*Ti- (θ0+Δθ)+。此值小于实际值,由于散热造成的温度亏损δTi=Tf+ Tf″,修正后的温度Tf″为:Tf″= Tf -δTi,δTi为负值,当测量值低于实际室温时,δTi的绝对值变小:Tf″=Tf+|δTi|,即Tf″变小,ΔT变小(其中ΔT=Tf″- Tf初,Tf初:升温初始值),

J 变大,反之J变小。

实验七

(1) 校正电流表时,如果发现改装的毫安表读数总是高于标准表的读数,分流电阻应调大还是调小?为什么? 答:应调小。让电路中标准表读数不变,即保持回路电流不变,分流电阻值减小后将会分得更多的电流,从而使流过被改装表表头的电流减小,改装表的读数也减小。

(2) 校正电压表时,如果发现改装的电压表读数总是低于标准表的读数,分压电阻应调大还是调小?为什么? 答:应调小。让电路中标准表读数不变,即加在改装电表上电压值不变。调小电阻,改装表的总电阻降低,流过改装毫安表的电流增大,从而读数也增加。 (3) 试证明用欧姆表测电阻时,如果表头指针正好指在表盘标度尺的中心,则这时的欧姆表指示值为什么正好等于该欧姆表的内阻值。答:设表头指针满刻度电流为Ig、表头指针指表盘中心时电路中电流为I,根据题意 ,当表内阻为Rg、待测电阻为Rx时,;根据欧姆表工作原理,当待测电阻Rx=0时, 。即 ,因而可得Rx=Rg。所以,欧姆表显示测 读数即为该欧姆表的内阻。

[实验八] 示波器的原理与使用

1. 模拟示波器为何能显示高速变化的电信号轨迹?答:在模拟示波器垂直偏转板上加的是被观测信号电压,而在水平偏转板上加的是锯齿波(时间线性变化)信号电压,所以示波器的示波管的横轴相当于直角坐标的时间轴,经过一个锯齿波信号周期,电子束便在示波管的

荧光屏上描绘出被观测信号的波形的一段轨迹。当锯齿波信号的周期大于或等于周期性观测信号的周期且与其相位锁定时(同步),电子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的

波形的同一段轨迹,由于人眼的视觉暂留和荧光屏的余辉,便可以观测到信号的波形。

(2) 在本实验中,观察李萨如图形时,为什么得不到长时间稳定的图形?答:因为CH1与CH2输入的是两个完全不相关的信号,它们的位相差难以保持恒定,所以得不到长时间的稳定波形。 (3) 假定在示波器的Y轴输入一个正弦信号,所用的水平扫描频率为120Hz,在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形,那么输入信号的频率是什么?这是否是测量信号频率的好方法?为何?答:输入信号的频率是360Hz。这种方法不是测量信号频率的好方法,因为用此方法测量的频率精确度低。 (4) 示波器的扫描频率远大于或远小于输入正弦信号的频率时,屏上的图形是什么情况?答:扫描频率远小于输入正弦信号频率时,出现图形是密集正弦波;扫描频率远大于输入正弦信号频率时,一个周期的信号波形将会被分解成数段,显示的图形将会变成网状交叉线。

实验七

(1) 校正电流表时,如果发现改装的毫安表读数总是高于标准表的读数,分流电阻应调大还是调小?为什么?

答:应调小。让电路中标准表读数不变,即保持回路电流不变,分流电阻值减小后将会分得更多的电流,从而使流过被改装表表头的电流减小,改装表的读数也减小。

(2) 校正电压表时,如果发现改装的电压表读数总是低于标准表的读数,分压电阻应调大还是调小?为什么?

答:应调小。让电路中标准表读数不变,即加在改装电表上电压值不变。调小电阻,改装表的总电阻降低,流过改装毫安表的电流增大,从而读数也增加。

(3) 试证明用欧姆表测电阻时,如果表头指针正好指在表盘标度尺的中心,则这时的欧姆表指示值为什么正好等于该欧姆表的内阻值。

答:设表头指针满刻度电流为Ig、表头指针指表盘中心时电路中电流为I,根据题意 ,当表内阻为Rg、待测电阻为Rx时,;根据欧姆表工作原理,当待测电阻Rx=0时, 。即 ,因而可得Rx=Rg。所以,欧姆表显示测 读数即为该欧姆表的内阻。

[实验八] 示波器的原理与使用

1. 模拟示波器为何能显示高速变化的电信号轨迹?

答:在模拟示波器垂直偏转板上加的是被观测信号电压,而在水平偏转板上加的是锯齿波(时间线性变化)信号电压,所以示波器的示波管的横轴相当于直角坐标的时间轴,经过一个锯齿波信号周期,电子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的波形的一段轨迹。当锯齿波信号的周期大于或等于周期性观测信号的周期且与其相位锁定时(同步),电子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的波形的同一段轨迹,由于人眼的视觉暂留和荧光屏的余辉,便可以观测到信号的波形。

(2) 在本实验中,观察李萨如图形时,为什么得不到长时间稳定的图形?

答:因为CH1与CH2输入的是两个完全不相关的信号,它们的位相差难以保持恒定,所以得不到长时间的稳定波形。

(3) 假定在示波器的Y轴输入一个正弦信号,所用的水平扫描频率为120Hz,在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形,那么输入信号的频率是什么?这是否是测量信号频率的好方法?为何?

答:输入信号的频率是360Hz。这种方法不是测量信号频率的好方法,因为用此方法测量的频率精确度低。

(4) 示波器的扫描频率远大于或远小于输入正弦信号的频率时,屏上的图形是什么情况?

答:扫描频率远小于输入正弦信号频率时,出现图形是密集正弦波;扫描频率远大于输入正弦信号频率时,一个周期的信号波形将会被分解成数段,显示的图形将会变成网状交叉线。

大学物理实验思考题答案(实验9----11) 2008-10-17 12:30 | (分类:默认分类)

1. 电桥由哪几部分组成? 电桥的平衡条件是什么?

答:由电源、开关、检流计桥臂电阻组成。

平衡条件是Rx=(R1/R2)R3

2.若待测电阻Rx的一 个头没接(或断头),电桥是否能调平衡?为什么?

答:不能,Rx没接(或断头),电路将变为右图所示,A、C及C、D间总有电流,所以电桥不能调平。

3. 下列因素是否会使电桥误差增大?为什么?

(1) 电源电压不太稳定;

(2) 检流计没有调好零点;

(3) 检流计分度值大 ;

(4) 电源电压太低;

(5) 导线电阻不能完全忽略。

答:(1)由于电桥调平以后与电源电压无关,则电源电压不太稳定基本不会使电桥误差增大。

(2)若检流计没有调好零点,当其指针指零时检流计中电流不为零,即电桥没有达到平衡正态,此时的测量读数中将会含有较大误差甚至会出现错误读数;

(3)检流计分度值大时会使电桥误差增大,因电桥的灵敏度与分度值成反比;

(4)电源电压太低会使电桥误差增大,因电桥的灵敏度与电源电压成正比;

(5)对高电阻不会,当被测电阻的阻值很高时导线电阻可以忽略。

4. 为了能更好地测准电阻,在自组电桥时,假如要测一个约1.2kΩ的电阻,应该考虑哪些因素?这些因素如何选取?

答:应考虑电源电压,比例臂的电阻值,检流计的分度值。电源电压取6V,R1,R2取1000Ω,检流计取1.5级?A表。

[实验十] 用电位差计测量电动势

1. 按图3-10-4联好电路做实验时,有时不管如何调动a头和b头,检流计G的指针总指零,或总不指零,两种情况的可能原因各有哪些?

答:总指零的原因:测量回路断路。总不指零的原因:① E和Ex极性不对顶;② 工作回路断路;③ RAB上的全部电压降小于ES,Ex二者中小的一个。

2. 用电位差计可以测定电池的内阻,其电路如图310所6示,假定工作电池E>Ex,测试过程中Rc调好后不再变动,Rx是个准确度很高的电阻箱。R是一根均匀的电阻丝。L1、L2分别为Kx断开和接通时电位差计处于补偿状态时电阻丝的长度。试证明电池Ex的内阻

r=[(L1-L2)/L2]Rx(Rx为已知)。

证明:设A为R上单位长度的电位差,Vx为K2的端电压,则有:

Ex=AL1 (1)

Vx=AL2 (2)

代入(2)式得:

Rx/(r+Rx)Ex=AL2 (3)

(1)式除(3)式,整理后得:

r =[(L1-L2)/L2]Rx

3. 用箱式电位差计可以测定电阻或校准电流表。在图3-10-7(a)中,A是待校准电流表,Rx是待测定的电阻,R0是可调的准确度很高的电阻箱,其值可直接读出,图(b)是UJ37箱式电位差计。怎样才能把Rx测算出来? A表如何校正?

答:

测量电阻Rx

① 调整可变精密电阻箱R0(作标准电阻用)的阻值,使电流表有适当偏转,如可能,使R0与Rx相接近。

② 将1点接Ex (+),2点接Ex (-),测出Vx(Rx两端的电位差)。

③ 将2点接Ex (+),3点接Ex (-),保持电流不变,测出V0(R0两端的电位差)。

④ 因Rx和R0通过的电流相同,故:Rx=(Vx/V0)R0

校准电流表

① 将3点接Ex(-),2点接Ex(+),调整R0,使电流表A指示第一个校准点。测出R0两端的电位差V1,得第一校准点的电流I1(I1=V1/R0)。

② 同法测出同一校准点的电流I2, I3, ……。

③ 作出校准曲线。

4. 如图3-10-4所示的电位差计,由A到B是11m长的电阻丝,若设a=0.1V/m,11m长的电压降是1.1V,用它测仅几毫伏的温差电动势,误差太大。为了减少误差,采用图3-10-8所示电路。图3-10-8是将11m长的电阻丝AB上串接了两个较大的电阻R1和R2。若AB的总电阻已知为r, 且R1、R2、r上的总电压为1.1V,并设计AB(11m)电阻丝上的a=0.1mV/m,试问R1+R2的电阻值应取多少? 若标准电池E0的电动势为1.0186V,则R1可取的最大值和最小值分别为多少(用线电阻r表示)?

答:

① 由于电位差计单位长度电阻线的电位差为a,则电阻线AB上的电位差VAB=11a=1.1mV,而回路电流应为I =VAB/r。另一方面,由于

I(R1+R2+r)=1.1V,

所以

(VAB/r)(R1+R2+r)= 1.1V

VAB[ (R1+R2)/r +1]= 1.1V

所以

R1+R2=[(1.1/VAB)-1] r =(1.1/0.0011-1)r=999r

② 当R2I = E0 时,R1为最小,即R1= R1min,此时有R1I + E0 + Ir = 1.1。由于I =VAB/r =0.0011/r,所以

R1min=(1.1-E0-Ir)/I=73r

当R2I+Ir =E0 则R1为最大,即R1= R1max,此时有R1I + E0 = 1.1。所以

R1max =(1.1-E0)/I=74r

[实验十 一] 超声波声速的测量

1. 示波器在使用过程中荧光屏上只有一条水平亮线而没有被测信号是什么原因造成的? 答:在示波器的使用过程中,上述现象经常出现,造成这一现象的原因很多,大致可归纳为:

① 示波器接地(GND)(测量时接地按键GND应该弹起);

② 衰减开关VOLTS/DIV选择过大(测量时可先选择小些);

③ 信号发生器输出过小或没有输出;

④ 信号发生器输出直流信号;

⑤ 在信号的传输中,导线或接头接触不良,也可造成该现象;

⑥ 示波器的相关功能键都应选择在正确工作状态下。

总之,影响的因素很多,要求使用者在使用前一定认真阅读教材。

2. 在测量声速时,Y1(CH1)的输入信号,由于示波器的Y轴放大器、压电转换器、联接线路的相移等原因并不与声波的位相相同,这对于观察测量声波波长有无影响? 为什么? 答:没有影响。因为波长是波在传播过程中位相差为2π的两点间的距离,与该处位相无关,所以无影响。

3. 试比较几种测声速方法的优缺点。

答:实验讲义上共列出了三种测量方法:①李萨如图相位比较法,②共振法,③波形相位比较法。

一般说来,李萨如图相位比较法测量的比较准,同时便于对知识的温新和巩固,对于示波器的使用以及学生动手能力和思考问题的培养,不失是一种较好的途径,但操作比较繁;对于共振法,判断相对要困难一些,所以测量误差一般要大一些,但可以直观地了解共振现象;而波形相位比较法比的现象较直观,可操作性强,只是相位判别不如李萨如图相位比较法准确,但只要认真操作,误差也不会太大。

大学物理实验思考题答案(实验12----15) 2008-10-17 12:31 | (分类:默认分类)

[实验十 二] 激光全息照像 相关答案

力学和热学

电磁学

光学

近代物理

1. 全息照像有哪些重要特点?

答:全息照相是利用光波的干涉和衍射原理,将物体“发出”的特定波前(同时包括振幅和位相)以干涉条纹的形式记录下来,然后在一定条件下,利用衍射再现原物体的立体像。全息照相必须分两步进行:(1)物体全息图的记录过程;(2)立体物像的再现过程。

2. 全息底片和普通照像底片有什么区别?

答:(1)全息照相能够把物光波的全部信息(即振幅和相位)全部记录下来,而普通照相只能记录物光波的强度(既振幅),因此,全息照片能再现出与原物体完全相同的立体图象。

(2)由于全息照片上的每部分都包含了被摄物体上每一点的光波信息,所以,它具有可

分割性,即全息照片的每一部分都可以再现出原物体的立体图象。

(3)在同一张全息底片上,可以采用不同的角度多次拍摄不同的物体,再现时,在不同的衍射方向上能够互不干扰地观察到每个物体的立体图象。

3. 为什么安装底片后要静止一段时间,才能进行曝光?

答:为了减少震动,提高拍摄质量,减震是全息照相的一项重要措施,要保证照相质量,光路中各元器件的相对位移量要限制在<λ/2范围内。

5. 普通照像在冲洗底片时是在红光下进行的,全息照像冲洗底片时为什么必须在绿光甚至全黑下进行?

答:因为全息干板涂有对红光敏感的感光材料,所以冲洗底片时必须在绿光甚至全黑下进行。

[实验十 三] 光电效应

1. 临界截止电压与照度有什么关系?从实验中所得的结论是否同理论一致?如何解 释光的波粒二象性?

答:临界截止电压与照度无关,实验结果与理论相符。

光具有干涉、衍射的特性,说明光具有拨动性。从光电效应现象上分析,光又具有粒子性,由爱因斯坦方程来描述:hν=(1/2)mv2max+A

2. 可否由Us′ν曲线求出阴极材料的逸出功?

答:可以。由爱因斯坦方程 hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e和普朗克常数,还可以求出截距(h/e)υo,再由截距求出光电管阴极材料的红限 υo ,从而求出逸出功A=hυo。

[实验十 四] 迈克尔逊干涉仪

1. 这里观察到的环形干涉条纹,从外观上看,与牛顿环有哪些相似之处?从产生的原因和由内向外级次的变化来看有何不同?

答:从外观上看都是同心园环,而牛顿环是等厚干涉,这里是等倾干涉,牛顿环是低级次的干涉条纹在中心,越外级次越高,而迈氏干涉正相反。

 2. 在M1如图3-14-4所示的移动过程中,将看到条纹的疏密和运动情况有何变化? 答:从密到疏,从疏到密,从条纹向环心缩进到从环心向外涌出。

 3. 白光照射下,M1在G1和M2′之间并逐渐向M2′移动过程中,能否观察到彩色干涉条纹?可否用这种做法来测量薄膜厚度?为什么?

答:能观察到,但是在实际测量中,一般不采用这种做法,原因是对初学者而言,由于实验经验等因素,非常容易产生回程误差,给实验结果带来影响。

[实验十 五] 薄透镜焦距的测量

1. 你认为三种测量凸透镜焦距的方法,哪种最好?为什么?

答:共轭法最好,因为这个方法把焦距的测量归结为对可以精确测定的量L和e的测量,避免了在测量u和v时,由于估计透镜光心位置不准确所带来的误差。

2. 由推导出共轭法测f的标准相对合成不确定度传递公式。根据实际结果,试说明uB(L)、uB(e)、uA(e)哪个量对最后结果影响最大?为什么?由此你可否得到一些对实验具有指导性意义的结论?

答:uA(L)对最后结果影响最大,因为L为单次测量量。对O1、O2的测量时,要采用左右逼近法读数。

3. 测量凹透镜焦距f和实验室给出的f0,比较后计算出的E值(相对误差)一般比较大,试分析E大的原因?

答:E较大的原因可能是因为放入凹透镜后所成像的清晰度很难确定,即像的聚焦情况不好,从而导致很难测出清晰成像的位置。

4. 在测量凸透镜的焦距时,可以利用测得的多组u、v值,然后以u+v作纵轴,以u·v

作横轴,画出实验曲线。根据式(3-15-1)事先推断一下实验曲线将属于什么类型,怎样根据这条曲线求出透镜的焦距f?

答:曲线是直线,可根据直线的斜率求出f,f=1/k,因为1/f=1/u+1/v,即 ,故可有f=1/k。

5. 测量凸透镜的焦距时,可以测得多组u、v值,以v/u(即像的放大率)作纵轴,以v作横轴,画出实验曲线。试问这条实验曲线具有什么形状?怎样由这条曲线求出透镜的焦距f ? 答:曲线是直线,在横轴上的截距就是f。 

大学物理实验思考题答案(实验16----最后) 2008-10-17 12:33 | (分类:默认分类)

[实验十 六]光的干涉--牛顿环、劈尖

相关答案

力学和热学

电磁学

光学

近代物理

1. 透射光牛顿环是如何形成的?如何观察?画出光路示意图。

答:光由牛顿环装置下方射入,在空气层上下两表面对入射光的依次反射,形成干涉条纹,由上向下观察。

 2. 在牛顿环实验中,假如平玻璃板上有微小凸起,则凸起处空气薄膜厚度减小,导致等厚干涉条纹发生畸变。试问这时的牛顿环(暗)将局部内凹还是局部外凸?为什么? 答:将局部外凸,因为同一条纹对应的薄膜厚度相同。

 3. 用白光照射时能否看到牛顿环和劈 尖干涉条纹?此时的条纹有何特征?

答:用白光照射能看到干涉条纹,特征是:彩色的条纹,但条纹数有限。

[实验十七]光栅衍射

1. 当用钠光(波长λ=589.0nm)垂直入射到1mm内有500条刻痕的平面透射光栅上时,试问最多能看到第几级光谱?并请说明理由。

答:由(a+b)sinφ=kλ 得 k={(a+b)/λ}sinφ

∵φ最大为90? 所以 sinφ=1

又∵a+b=1/500mm=2*10-6m, λ=589.0nm=589.0*10-9m

∴k=2*10-6/589.0*10-9=3.4 最多只能看到三级光谱。

2.当狭缝太宽、太窄时将会出现什么现象?为什么?

答:狭缝太宽,则分辨本领将下降,如两条黄色光谱线分不开。

狭缝太窄,透光太少,光线太弱,视场太暗不利于测量。

3. 为什么采用左右两个游标读数?左右游标在安装位置上有何要求?

答:采用左右游标读数是为了消除偏心差,安装时左右应差180?。

[实验十八]双棱镜干涉

1. 测量前仪器调节应达到什么要求?怎样才能调节出清晰的干涉条纹?

答:共轴,狭逢和棱背平行与测微目镜共轴,并适当调节狭逢的宽度。

 2. 本实验如何测得两虚光源的距离d?还有其他办法吗?

答:d=(d1*d2)1/2或利用波长λ已知的激光作光源,则 d=(D/Δx)λ

 3. 狭缝与测微目镜的距离及与双棱镜的距离改变时,条纹的间距和数量有何变化? 答:狭缝和测微目镜的距离越近,条纹的间距越窄,数量不变,狭缝和双棱镜的距离越近,条纹间距越宽,数量越小。

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