物理實驗報告及思考答案——東北石油大學

1、東北石油大學物理實驗實驗一  用三線擺測物體的轉(zhuǎn)動慣量 1. 是否可以測擺動一次的時間作周期值？為什么？      答：不可以。因為一次測量隨機誤差較大，多次測量可減少隨機誤差。2. 將一半徑小于下圓盤半徑的圓盤，放在下圓盤上，并使中心一致，討論此時三線擺的周期和空載時的周期相比是增大、減小還是不一定？說明理由。   答：當兩個圓盤的質(zhì)量為均勻分布時，與空載時比較，擺動周期將會減小。因為此時若把兩盤看成為一個半徑等于原下盤的圓盤時，其轉(zhuǎn)動慣量I0小于質(zhì)量與

2、此相等的同直徑的圓盤，根據(jù)公式(3-1-5)，擺動周期T0將會減小。3. 三線擺在擺動中受空氣阻尼，振幅越來越小，它的周期是否會變化？對測量結(jié)果影響大嗎？為什么？答：周期減小，對測量結(jié)果影響不大，因為本實驗測量的時間比較短。實驗二  金屬絲彈性模量的測量 1. 光杠桿有什么優(yōu)點，怎樣提高光杠桿測量的靈敏度?    答：優(yōu)點是：可以測量微小長度變化量。提高放大倍數(shù)即適當?shù)卦龃髽顺呔嚯xD或適當?shù)販p小光杠桿前后腳的垂直距離b，可以提高靈敏度，因為光杠桿的放大倍數(shù)為2D/b。  2. 

3、;何謂視差，怎樣判斷與消除視差?    答：眼睛對著目鏡上、下移動，若望遠鏡十字叉絲的水平線與標尺的刻度有相對位移，這種現(xiàn)象叫視差，細調(diào)調(diào)焦手輪可消除視差。  3. 為什么要用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)?      答：逐差法是實驗數(shù)據(jù)處理的一種基本方法，實質(zhì)就是充分利用實驗所得的數(shù)據(jù)，減少隨機誤差，具有對數(shù)據(jù)取平均的效果。因為對有些實驗數(shù)據(jù)，若簡單的取各次測量的平均值，中間各測量值將全部消掉，只剩始末兩個讀數(shù)，實際等于單次測量。為了保持多次測量的優(yōu)越性，一般對這種自變量等

4、間隔變化的情況，常把數(shù)據(jù)分成兩組，兩組逐次求差再算這個差的平均值。 實驗三   隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律 實驗三   隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律     1. 什么是統(tǒng)計直方圖? 什么是正態(tài)分布曲線?兩者有何關(guān)系與區(qū)別?    答：對某一物理量在相同條件下做n次重復測量，得到一系列測量值，找出它的最大值和最小值，然后確定一個區(qū)間，使其包含全部測量數(shù)據(jù)，將區(qū)間分成若干小區(qū)間，統(tǒng)計測量結(jié)果出現(xiàn)在各小區(qū)間的頻數(shù)M，以測量數(shù)據(jù)為橫坐標，以頻數(shù)M為縱坐標，劃出

5、各小區(qū)間及其對應(yīng)的頻數(shù)高度，則可得到一個矩形圖，即統(tǒng)計直方圖。如果測量次數(shù)愈多，區(qū)間愈分愈小，則統(tǒng)計直方圖將逐漸接近一條光滑的曲線，當n趨向于無窮大時的分布稱為正態(tài)分布，分布曲線為正態(tài)分布曲線。  2. 如果所測得的一組數(shù)據(jù)，其離散程度比表中數(shù)據(jù)大，也就是即S(x)比較大，則所得到的周期平均值是否也會差異很大?    答：（不會有很大差距，根據(jù)隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律的特點規(guī)律，我們知道當測量次數(shù)比較大時，對測量數(shù)據(jù)取和求平均，正負誤差幾乎相互抵消，各誤差的代數(shù)和趨于零。實驗四  電熱法測熱功當量 實

6、驗四  電熱法測熱功當量     1. 該實驗所必須的實驗條件與采用的實驗基本方法各是什么?系統(tǒng)誤差的來源可能有哪些?    答：實驗條件是系統(tǒng)與外界沒有較大的熱交換，并且系統(tǒng)（即水）應(yīng)盡可能處于準靜態(tài)變化過程。實驗方法是電熱法。系統(tǒng)誤差的最主要來源是系統(tǒng)的熱量散失，而終溫修正往往不能完全彌補熱量散失對測量的影響。其他來源可能有水的溫度不均勻，用局部溫度代替整體溫度。水的溫度與環(huán)境溫度差異較大，從而給終溫的修正帶來誤差。溫度，質(zhì)量及電功率等物理量的測量誤差。 

7、60;  2. 試定性說明實驗中發(fā)生以下情況時，實驗結(jié)果是偏大還是偏小?     (1) 攪拌時水被濺出；    答：實驗結(jié)果將會偏小。 水被濺出，即水的質(zhì)量減少，在計算熱功當量時，還以稱橫水的質(zhì)量計算，即認為水的質(zhì)量不變，但是由于水的質(zhì)量減少，對水加熱時，以同樣的電功加熱，系統(tǒng)上升的溫度要比水沒有上升時的溫度要高，即水沒濺出在同樣電功加熱時，應(yīng)上升T度，而水濺出后上升的溫度應(yīng)是T+T度。用，有Q =（cimiT），分母變大J變小。 &

8、#160;   (2) 攪拌不均勻 ；    答：J 偏大、偏小由溫度計插入的位置與電阻絲之間的距離而定。離電阻絲較遠時，系統(tǒng)溫度示數(shù)比，勻均系統(tǒng)溫度低，設(shè)T為均勻系統(tǒng)溫度，溫度計示值應(yīng)為T-T，用J=A/計算，分母變小，則J變大；離電阻絲較近時，溫度計示值應(yīng)為T+T，分母變大，因而J變小。     (3) 室溫測得偏高或偏低。    答：設(shè)0為室溫，若測得值偏高時，測量得到的溫度值為0+；偏低時

9、，測量溫度值為0-，在計算溫度虧損時，dTi=k(Ti-)，k是與是室溫無關(guān)的量(k與室溫有關(guān))，只與降溫初溫和降溫終溫以及降溫時間有關(guān)，測得室溫偏高時，dTi=kTi- (0+)，每秒內(nèi)的溫度虧損dTi小于實際值，t秒末的溫度虧損Ti=kTi- (0+)。此值小于實際值，由于散熱造成的溫度虧損Ti=Tf+ Tf，修正后的溫度Tf為：Tf= Tf-Ti，Ti為負值，當測量值低于實際室溫時，Ti的絕對值變?。篢f=Tf+Ti，即Tf變小，T變?。ㄆ渲蠺Tf- Tf初，Tf初：升溫初始值），      

10、60;              J 變大，反之J變小。實驗五   液體粘度系數(shù)的測定 實驗五   液體粘度系數(shù)的測定     1. 用誤差理論分析本實驗產(chǎn)生誤差（測量不確定度）的主要原因。怎樣減小它的測量誤差?       答：   主要

11、有小球半徑測量不確定度u(d)、小球下落距離測量不確定度u(L)和小球下落時間測量不確定度u(t)等。u(d)有兩種原因：是小球直徑不均勻,因此應(yīng)求平均半徑；是儀器誤差。u(L)有兩種原因：用鋼板尺測L所帶來的誤差；按計數(shù)器時，因小球剛好沒有對齊標示線而產(chǎn)生的誤差。u(t)按計數(shù)器時所產(chǎn)生的誤差。分析結(jié)果可見，小球直徑的誤差對測量結(jié)果影響最大，所以小球不能太小，其次量筒應(yīng)適當加長，以增加落球時間，從而減少時間測量的誤差。    2. 量筒的上刻痕線是否可在液面位置?為什么?    答：不能。因為開始小球是

12、加速運動，只有當小球所受的重力、浮力、粘滯力三力平衡后，小球做勻速運動時，才可以計時，所以不能從液面開始。    3. 為什么小球要沿量筒軸線下落?    答：圓形玻璃量筒的筒壁對小球運動產(chǎn)生嚴重影響，只能在軸線上運動，才能使筒壁橫向的作用力合力為零。實驗七  電表的改裝和校正(1) 校正電流表時，如果發(fā)現(xiàn)改裝的毫安表讀數(shù)總是高于標準表的讀數(shù)，分流電阻應(yīng)調(diào)大還是調(diào)小?為什么?答：應(yīng)調(diào)小。讓電路中標準表讀數(shù)不變，即保持回路電流不變，分流電阻值減小后將會分得更多的電流，從而使流過被改裝表表

13、頭的電流減小，改裝表的讀數(shù)也減小。(2) 校正電壓表時，如果發(fā)現(xiàn)改裝的電壓表讀數(shù)總是低于標準表的讀數(shù)，分壓電阻應(yīng)調(diào)大還是調(diào)小?為什么?答：應(yīng)調(diào)小。讓電路中標準表讀數(shù)不變，即加在改裝電表上電壓值不變。調(diào)小電阻，改裝表的總電阻降低，流過改裝毫安表的電流增大，從而讀數(shù)也增加。(3) 試證明用歐姆表測電阻時，如果表頭指針正好指在表盤標度尺的中心，則這時的歐姆表指示值為什么正好等于該歐姆表的內(nèi)阻值。答：設(shè)表頭指針滿刻度電流為Ig、表頭指針指表盤中心時電路中電流為I，根據(jù)題意，當表內(nèi)阻為Rg、待測電阻為Rx時，；根據(jù)歐姆表工作原理，當待測電阻Rx0時，。即，因而可得RxRg。所以，歐姆

14、表顯示測讀數(shù)即為該歐姆表的內(nèi)阻。實驗八  示波器的原理與使用       1. 模擬示波器為何能顯示高速變化的電信號軌跡？    答：在模擬示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上加的是被觀測信號電壓，而在水平偏轉(zhuǎn)板上加的是鋸齒波（時間線性變化）信號電壓，所以示波器的示波管的橫軸相當于直角坐標的時間軸，經(jīng)過一個鋸齒波信號周期，電子束便在示波管的熒光屏上描繪出被觀測信號的波形的一段軌跡。當鋸齒波信號的周期大于或等于周期性觀測信號的周期且與其相位鎖定時（同步），電子束便在示波管的熒光屏上描繪出被觀測信

15、號的波形的同一段軌跡，由于人眼的視覺暫留和熒光屏的余輝，便可以觀測到信號的波形。(2) 在本實驗中，觀察李薩如圖形時，為什么得不到長時間穩(wěn)定的圖形？    答：因為CH1與CH2輸入的是兩個完全不相關(guān)的信號，它們的位相差難以保持恒定，所以得不到長時間的穩(wěn)定波形。(3) 假定在示波器的Y軸輸入一個正弦信號，所用的水平掃描頻率為120Hz，在熒光屏上出現(xiàn)三個穩(wěn)定完整的正弦波形，那么輸入信號的頻率是什么？這是否是測量信號頻率的好方法？為何？答：輸入信號的頻率是360Hz。這種方法不是測量信號頻率的好方法，因為用此方法測量的頻率精確度低。(4)

16、0;示波器的掃描頻率遠大于或遠小于輸入正弦信號的頻率時，屏上的圖形是什么情況？    答：掃描頻率遠小于輸入正弦信號頻率時，出現(xiàn)圖形是密集正弦波；掃描頻率遠大于輸入正弦信號頻率時，當掃描信號不能被觸發(fā)信號同步時，一個周期的信號波形將會被分解成數(shù)段，顯示的圖形將會變成網(wǎng)狀交叉線 ；當掃描信號可以被觸發(fā)信號同步時，顯示的圖形將會變成一條弧線或斜線，掃描頻率更高時將近似為直線。實驗九  用惠斯通電橋測電阻    1. 電橋由哪幾部分組成? 電橋的平衡條件是什么?    答：由電源、

17、開關(guān)、檢流計橋臂電阻組成。        平衡條件是Rx=(R1/R2)R3  2.若待測電阻Rx的一 個頭沒接(或斷頭)，電橋是否能調(diào)平衡?為什么?    答：不能，Rx沒接（或斷頭），電路將變?yōu)橛覉D所示，A、C及C、D間總有電流，所以電橋不能調(diào)平。     3. 下列因素是否會使電橋誤差增大?為什么?     (1) 電源電壓不太穩(wěn)定；   &

18、#160; (2) 檢流計沒有調(diào)好零點；     (3) 檢流計分度值大 ；     (4) 電源電壓太低；     (5) 導線電阻不能完全忽略。    答：（1）由于電橋調(diào)平以后與電源電壓無關(guān)，則電源電壓不太穩(wěn)定基本不會使電橋誤差增大。        （2）若檢流計沒有調(diào)好零點，當其指針指零時檢流計中電流不為零，即電橋沒有達

19、到平衡正態(tài)，此時的測量讀數(shù)中將會含有較大誤差甚至會出現(xiàn)錯誤讀數(shù)；        （3）檢流計分度值大時會使電橋誤差增大，因電橋的靈敏度與分度值成反比；        （4）電源電壓太低會使電橋誤差增大，因電橋的靈敏度與電源電壓成正比；        （5）對高電阻不會，當被測電阻的阻值很高時導線電阻可以忽略。  4. 為了能更好地測準電阻 ，在自組電橋時，假

20、如要測一個約1.2k的電阻，應(yīng)該考慮哪些因素?這些因素如何選取?    答：應(yīng)考慮電源電壓，比例臂的電阻值，檢流計的分度值。電源電壓取6V，R1，R2取1000，檢流計取1.5級µA表。實驗十  用電位差計測量電動勢    1. 按圖3-10-4聯(lián)好電路做實驗時，有時不管如何調(diào)動a頭和b頭，檢流計G的指針總指零，或總不指零，兩種情況的可能原因各有哪些?    答：總指零的原因：測量回路斷路?？偛恢噶愕脑颍?#160;E和Ex極性不對頂； 工作回路斷路； 

21、RAB上的全部電壓降小于ES，Ex二者中小的一個。    2. 用電位差計可以測定電池的內(nèi)阻，其電路如圖3106所示，假定工作電池EEx，測試過程中Rc調(diào)好后不再變動，Rx是個準確度很高的電阻箱。R是一根均勻的電阻絲。L1、L2分別為Kx斷開和接通時電位差計處于補償狀態(tài)時電阻絲的長度。試證明電池Ex的內(nèi)阻r=(L1-L2)/L2Rx(Rx為已知)。證明：設(shè)A為R上單位長度的電位差，Vx為K2的端電壓，則有：Ex=AL1           

22、60;                                    (1)Vx=AL2             

23、;                                   (2)而代入（2）式得:Rx/(r+Rx)Ex=AL2          &#

24、160;               (3)(1)式除(3)式，整理后得：r =(L1-L2)/L2Rx    3. 用箱式電位差計可以測定電阻或校準電流表。在圖3-10-7(a)中，A是待校準電流表，Rx是待測定的電阻，R0是可調(diào)的準確度很高的電阻箱，其值可直接讀出，圖(b)是UJ37箱式電位差計。怎樣才能把Rx測算出來? A表如何校正?答：測量電阻Rx 調(diào)整可變精密電阻箱R0（作標準

25、電阻用）的阻值，使電流表有適當偏轉(zhuǎn)，如可能，使R0與Rx相接近。 將1點接Ex (+)，2點接Ex (-)，測出Vx(Rx兩端的電位差)。 將2點接Ex (+)，3點接Ex (-)，保持電流不變，測出V0(R0兩端的電位差)。 因Rx和R0通過的電流相同，故：Rx=(Vx/V0)R0校準電流表 將3點接Ex(-)，2點接Ex(+),調(diào)整R0，使電流表A指示第一個校準點。測出R0兩端的電位差V1，得第一校準點的電流I1(I1=V1/R0)。 同法測出同一校準點的電流I2, I3, 。 &

26、#160;       作出校準曲線。    4. 如圖3-10-4所示的電位差計，由A到B是11m長的電阻絲，若設(shè)a=0.1V/m，11m長的電壓降是1.1V，用它測僅幾毫伏的溫差電動勢，誤差太大。為了減少誤差，采用圖3-10-8所示電路。圖3-10-8是將11m長的電阻絲AB上串接了兩個較大的電阻R1和R2。若AB的總電阻已知為r, 且R1、R2、r上的總電壓為1.1V，并設(shè)計AB(11m)電阻絲上的a=0.1mV/m，試問R1+R2的電阻值應(yīng)取多少? 若標準電池E0的電

27、動勢為1.0186V，則R1可取的最大值和最小值分別為多少(用線電阻r表示)?答： 由于電位差計單位長度電阻線的電位差為a，則電阻線AB上的電位差VAB=11a1.1mV，而回路電流應(yīng)為I =VAB/r。另一方面，由于I(R1+R2+r)=1.1V，所以(VAB/r)(R1+R2+r)= 1.1V即VAB (R1+R2)/r +1= 1.1V所以R1+R2=(1.1/VAB)-1 r =(1.1/0.0011-1)r999r 當R2I = E0 時，R1為最小，即R1= R1min，此時有R1I + E0

28、 + Ir = 1.1。由于I =VAB/r=0.0011/r，所以R1min=(1.1-E0-Ir)/I=73r當R2I+Ir =E0 則R1為最大，即R1= R1max，此時有R1I + E0 = 1.1。所以R1max =(1.1-E0)/I=74r實驗十 一   超聲波聲速的測量    1. 示波器在使用過程中熒光屏上只有一條水平亮線而沒有被測信號是什么原因造成的?    答：在示波器的使用過程中，上述現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，造

29、成這一現(xiàn)象的原因很多，大致可歸納為：     示波器接地（GND）（測量時接地按鍵GND應(yīng)該彈起）； 衰減開關(guān)VOLTS/DIV選擇過大（測量時可先選擇小些）； 信號發(fā)生器輸出過小或沒有輸出； 信號發(fā)生器輸出直流信號； 在信號的傳輸中，導線或接頭接觸不良，也可造成該現(xiàn)象； 示波器的相關(guān)功能鍵都應(yīng)選擇在正確工作狀態(tài)下。    總之，影響的因素很多，要求使用者在使用前一定認真閱讀教材。    2. 在測量聲速時，Y1(C

30、H1)的輸入信號，由于示波器的Y軸放大器、壓電轉(zhuǎn)換器、聯(lián)接線路的相移等原因并不與聲波的位相相同，這對于觀察測量聲波波長有無影響? 為什么?答：沒有影響。因為波長是波在傳播過程中位相差為2的兩點間的距離，與該處位相無關(guān)，所以無影響。  3. 試比較幾種測聲速方法的優(yōu)缺點。 答：實驗講義上共列出了三種測量方法：李薩如圖相位比較法，共振法，波形相位比較法。    一般說來，李薩如圖相位比較法測量的比較準，同時便于對知識的溫新和鞏固，對于示波器的使用以及學生動手能力和思考問題的培養(yǎng)，不失是一種較好的途徑，但操作比較繁；對于共振法，判

31、斷相對要困難一些，所以測量誤差一般要大一些，但可以直觀地了解共振現(xiàn)象；而波形相位比較法比的現(xiàn)象較直觀，可操作性強，只是相位判別不如李薩如圖相位比較法準確，但只要認真操作，誤差也不會太大。實驗十 六光的干涉-牛頓環(huán)、劈尖    1. 透射光牛頓環(huán)是如何形成的?如何觀察?畫出光路示意圖。    答：光由牛頓環(huán)裝置下方射入，在空氣層上下兩表面對入射光的依次反射，形成干涉條紋，由上向下觀察。  2. 在牛頓環(huán)實驗中，假如平玻璃板上有微小凸起，則凸起處空氣薄膜厚度減小，導致等厚干涉條紋發(fā)生畸變。

32、試問這時的牛頓環(huán)(暗)將局部內(nèi)凹還是局部外凸?為什么?    答：將局部外凸，因為同一條紋對應(yīng)的薄膜厚度相同。  3. 用白光照射時能否看到牛頓環(huán)和劈 尖干涉條紋?此時的條紋有何特征?    答：用白光照射能看到干涉條紋，特征是：彩色的條紋，但條紋數(shù)有限。實驗十七光柵衍射    1. 當用鈉光(波長=589.0nm)垂直入射到1mm內(nèi)有500條刻痕的平面透射光柵上時，試問最多能看到第幾級光譜?并請說明理由。    答：由(a+b)sin=k