華中科技大學(xué)-物理實(shí)驗(yàn)-(考試-復(fù)習(xí)資料)

1、1、電磁感應(yīng)Q 在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)的鋁盤會對磁鐵產(chǎn)生牽引力，發(fā)過來磁鐵也會對鋁盤有一個(gè)反作用力(磁阻尼力) ，這個(gè)阻尼力會 影響實(shí)驗(yàn)精度嗎？A 并不會影響實(shí)驗(yàn)精度，且鋁盤會以一個(gè)恒定的頻率在轉(zhuǎn)動(dòng)！原因： 步進(jìn)電機(jī)的工作原理，是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。因此，在非超載的情況下，電機(jī)的 轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。Q大家是否發(fā)現(xiàn)在我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，鋁盤上面挖了六個(gè)小孔，你們認(rèn)為這些小孔會對牽引力產(chǎn)生影響嗎？A 小孔會對牽引力產(chǎn)生影響，牽引力相比沒孔的鋁盤會變小；每一根鋁絲兩端都會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，鋁盤就相當(dāng)于多個(gè)電源的 并聯(lián)，

2、但是由于小孔的存在，產(chǎn)生的電流可能不穩(wěn)定，牽引力會有小幅波動(dòng)，但是小孔并不是改變磁通量的“罪魁禍?zhǔn)譗測量磁懸浮力或牽引力時(shí)，永磁體的位置對結(jié)果有什么影響？比方正對著鋁盤圓心與偏離角度的區(qū)別；還有永磁體靠近鋁盤 中心時(shí)所受的力與磁體位于鋁盤邊緣時(shí)相比，大小如何？A 做了幾次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁鐵在盤內(nèi)較大距離時(shí)力不大，到盤邊時(shí)較大，遠(yuǎn)離盤后減小?？赏浦εc磁鐵到盤中心的距離是一 個(gè)單峰的函數(shù)，有水平漸近線。Q大家想一下，如果那個(gè)軸承完全無摩擦，那么它的轉(zhuǎn)速會無限增大嗎？AQ 如何改良？A 此實(shí)驗(yàn)的磁懸浮力和磁牽引力裝置應(yīng)增加一個(gè)角度指針，因?yàn)槲覀冊谧鼍嚯x和力的大小的關(guān)系試驗(yàn)中，每次都要將測力器桿 取出

3、，然后重新固定，這當(dāng)中是不是會因?yàn)榻嵌鹊牟煌a(chǎn)生較大的誤差呢？所以可以增加一個(gè)角度小指針，來校正測力桿放置 的方向，減免誤差 我們是準(zhǔn)備加一個(gè)升降裝置的，最好帶刻度的。1. 測量磁懸浮傳動(dòng)系統(tǒng)的軸承轉(zhuǎn)速時(shí)，測得的轉(zhuǎn)速不是很穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)速的測定時(shí)以一定時(shí)間內(nèi)通過軸承的光束的個(gè)數(shù)為依據(jù)的。 所以我建議增加軸承上計(jì)數(shù)孔的個(gè)數(shù)，這樣測得的數(shù)目會增多，可以減小不穩(wěn)定因素的干擾，所得讀數(shù)會相對集中一些。2. 我做實(shí)驗(yàn)時(shí)的傳感器支架穩(wěn)定性不好，每次墊一個(gè)墊片測磁牽引力和磁懸浮力時(shí)，旋轉(zhuǎn)的鋁盤很容易擦到永磁鐵。不僅如此， 墊片的厚度參差不齊，有的明顯比別的厚一點(diǎn)。即使測量多個(gè)墊片的厚度求平均值，恐怕誤差依然不小

4、。所以我提議給傳感器 支架換用一個(gè)帶刻度的支架，同時(shí)最好加上手搖齒輪式的升降裝置，讓傳感器支架能以小的幅度上升或下降。另外，最好能使 傳感器支架不僅能豎直、水平旋轉(zhuǎn)，還能沿鋁盤的半徑移動(dòng)并附帶刻度以確定其位移。3. 將有孔洞的鋁盤換做平整、光滑的鋁盤。使其能穩(wěn)定的切割磁感線從而與永磁體產(chǎn)生穩(wěn)定的相互作用，進(jìn)而得到穩(wěn)定的力的 讀數(shù)，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。4. 增大鋁盤的轉(zhuǎn)速上限。更快地切割磁感線能產(chǎn)生更大的相互作用力從而減小其它外力的影響，同時(shí)還能減小讀數(shù)的波動(dòng)周期， 獲得更穩(wěn)定的讀數(shù)并獲得更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。2、RLC電路Q在測量RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)時(shí)，假設(shè)充電的時(shí)間

5、不夠或充電過快，對結(jié)果有何影響？A充電缺乏不就是充電過快么？充電缺乏使得最大值未到達(dá)就放電，此時(shí)下降到一半(0.5E)的的時(shí)間td變長，故偏大。ALL_Q(1) 試分析方波信號頻率對觀察和測量RLC電路暫態(tài)過程的影響？(2) 依據(jù)現(xiàn)有裝置，拓展設(shè)計(jì)對電路內(nèi)阻 r 的測量方案與分析。(3) 估計(jì)和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的正確性與合理性的經(jīng)驗(yàn)分享。(4) 實(shí)驗(yàn)中如何判斷弱阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態(tài)？簡述理由。(5) 實(shí)驗(yàn)電感的電阻值，是否影響RLC電路的振蕩特性？為什么？(6) 測量RC電路t時(shí)，充電缺乏或過快對測量結(jié)果有何影響？(7) 判定臨界阻尼現(xiàn)象、改善和提高 Rc 測量的精度的經(jīng)驗(yàn)分享。(8)

6、RLC 電路實(shí)驗(yàn)的總結(jié) (經(jīng)驗(yàn)分享、體會、感想、討論、建議等 )。(2) 依據(jù)現(xiàn)有裝置，拓展設(shè)計(jì)對電路內(nèi)阻 r 的測量方案與分析。通過本次的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，都可逆向求解電路內(nèi)阻 r. RC電路中，調(diào)節(jié)電阻箱使 Vc( t)末端走平且R最大，由半衰法求解t,由t =RC可求出r=R-R電阻箱。可以調(diào)節(jié)C值，并屢次測量求平均值。缺點(diǎn)：判斷E/2處時(shí)，波形線較粗，光標(biāo)較細(xì)，會造成一定的誤差。 RLC電路中，將電阻箱置零，調(diào)節(jié) C與L的值(可使一值不變，只調(diào)節(jié)另一值(控制變量),由實(shí)驗(yàn)方法測量3-5組T值，并 由 T=(2 nV LC)/ V( 1-R2 /4L )可求解 R 值，即 r。此方法較為準(zhǔn)確，當(dāng)

7、調(diào)節(jié)光標(biāo)時(shí)可以利用波峰的對稱性來確定其位置，且每次測量時(shí)兩光標(biāo)之間相隔3-4個(gè)周期，測出的T較為精確。 臨界阻尼狀態(tài)下，Rc=27(L/c)=R電阻箱+r。此方案在測量時(shí)較難確定其臨界狀態(tài)，對r的值確定影響較大。當(dāng)調(diào)節(jié)方波的U與T (1/f )值，使波形本身放大，從而使圖像更加清晰。綜上，方案二測出的 r 值更為準(zhǔn)確。(7) 判定臨界阻尼現(xiàn)象、改善和提高 Rc 測量的精度的經(jīng)驗(yàn)分享。在測量過程中，我嘗試使用兩種方法來確定臨界阻尼，調(diào)節(jié)時(shí)間軸最短，U軸最大，從而使弱阻尼狀態(tài)下震蕩個(gè)更加明顯，但此種方法使曲線更粗，難以判斷波形。將橫向和縱向都調(diào)節(jié)到最大，尋找無震蕩且最陡的曲線，但在臨界狀態(tài)附近仍難

8、以 判斷。思考：假設(shè)波形放的更大能更加準(zhǔn)確的測定臨界狀態(tài)，但由于示波器有其防大范圍，所以可以適當(dāng)放大方波的U與T( 1/f )值，使波形本身更大，從而使波形在臨界狀態(tài)下的波形更清晰。 (但也有可能波形變粗使其難以判斷) 。(1)試分析方波信號頻率對觀察和測量 RLC電路暫態(tài)過程的影響？ 方波信號頻率決定了電容的充電時(shí)間的長短，當(dāng)頻率較大即時(shí)間較小時(shí)，電容不能完全的充放電，得到的V-t 圖中，電壓還沒到飽和值變成水平線時(shí)便開始放電下滑了；當(dāng)頻率較小即時(shí)間較長時(shí)，得到的V-t 圖中，電壓上升所占的比率較小，難以從圖中清晰地看到電容充放電的具體過程。 故綜上， 應(yīng)中選取適當(dāng)?shù)念l率以獲得適宜的， 剛好

9、充滿整個(gè)坐標(biāo)的電容充放電的 V-t 圖(4) 實(shí)驗(yàn)中如何判斷弱阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態(tài)？簡述理由。在RLC電路的暫態(tài)過程周期圖中，假設(shè)電壓 V經(jīng)過震蕩后才逐漸穩(wěn)定，那么為弱阻尼狀態(tài)；逐漸增大電阻R,假設(shè)電壓V從大幅震蕩逐漸減小至剛好無震蕩，那么此時(shí)的電阻為臨界阻尼狀態(tài)；再逐漸增大R,從剛好無震蕩變成以緩慢遞增的變化方式逐漸趨于穩(wěn) 定狀態(tài)，那么此時(shí)為過阻尼狀態(tài)。(6)測量RC電路t時(shí)，充電缺乏或過快對測量結(jié)果有何影響？ 充電缺乏，那么導(dǎo)致電壓還沒上升到最大值時(shí)便開始放電下降，此時(shí)根本不能測得t 值；當(dāng)充電過快時(shí)，雖然電容是完全地進(jìn)行了充放電，但所占時(shí)間比例較小，很難精確地測得半衰期，所得結(jié)果自

10、然不準(zhǔn)。(8) RLC 電路實(shí)驗(yàn)的總結(jié) (經(jīng)驗(yàn)分享、體會、感想、討論、建議等 )。在判斷臨界阻尼現(xiàn)象時(shí)，一定不要局部地放大震蕩局部，如此的話，會是原本曲率較大的震蕩局部被拉平，導(dǎo)致人無法準(zhǔn) 確地判斷臨界阻尼狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)胤糯蠡蚩s小示波器上的圖像以便準(zhǔn)確地觀察到震蕩局部的變化和消逝第 1 題:方波信號頻率過大，會導(dǎo)致其周期過小，從而示波器上顯示的曲線半周期內(nèi)t 方向上過窄，不利于觀察。而且需要將 R調(diào)節(jié)地很小才能使曲線末端水平，而R的調(diào)節(jié)是要求在千歐級調(diào)節(jié)的，故實(shí)驗(yàn)的精確度會降低。而方波信號頻率過小，會導(dǎo)致其周期過大，同樣不利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和測量。第6題：充電缺乏不符合半衰期測量法的充電完畢

11、的前提，而充電過快即調(diào)節(jié)的R過小，而R的調(diào)節(jié)是要求在千歐級調(diào)節(jié)的，故這樣會使實(shí)驗(yàn)精度降低。一、對于電路測量，誤差的來源有多方面。 首先的，示波器的圖像的粗細(xì)與清晰狀況，直接相關(guān)于光標(biāo)的標(biāo)定，于是時(shí)間的測量有相當(dāng)?shù)恼`差。 然后，載入示波器后，電路的阻抗變了，響應(yīng)有變化，會造成一定的實(shí)驗(yàn)測量誤差。 再者，本實(shí)驗(yàn)只有一組數(shù)據(jù)測量，存在偶然誤差。 另外，觀察阻尼振動(dòng)信號時(shí)，后半部的波峰波谷起伏變小，對測量造成影響。二、關(guān)于RLC串聯(lián)電路中測定Rc的值，我們有采樣法與峰值法。試驗(yàn)中，用采樣法時(shí)，波形在拐點(diǎn)處平緩，觀察"突 起"應(yīng)不斷地調(diào)大與調(diào)小“秒 /格按鈕。峰值法，波形的變化隨著

12、R 的增大而變化明顯。倆種方法都可以在試驗(yàn)中用一用，實(shí) 際檢查效果。三、思考題分析。一分析方波信號的頻率f對觀察和測量RLC電路暫態(tài)過程的影響？ 分析：T=1/f因此 f 的改變會導(dǎo)致周期的改變，而電容與電感的充放電過程是需要時(shí)間的，于是f 的改變便影響了電路的充放電過程。當(dāng)RC<<T/2時(shí)，信號變成尖脈沖；當(dāng)RC»T/2時(shí)，因充放電時(shí)間的缺乏，使電量未釋放完全從而屢次充放電后U會逐漸增大。3、導(dǎo)熱系數(shù)Q 講義中，導(dǎo)熱系數(shù)的測量式成立的前提條件是什么？A1. 環(huán)氧盤B的厚度足夠小，使得可以近似的認(rèn)為環(huán)氧盤B的側(cè)面沒有熱量損失；2. 外界條件不變，對實(shí)驗(yàn)沒有影響；圓盤之間接

13、觸緊密且大小相等，保證熱量能完全充分地交換；3. 加熱盤A,環(huán)氧盤B,散熱盤C均為理想圓柱；4. 熱電偶的插頭與加熱盤 A，環(huán)氧盤B緊密接觸，能正確的顯示其溫度1. 發(fā)熱盤A和散熱盤C是用熱的良導(dǎo)體做的；2. 樣品盤與發(fā)熱盤和散熱盤緊密接觸；3. 熱傳導(dǎo)的方向垂直于樣品盤的上下外表；4. 外界環(huán)境較穩(wěn)定。Q 實(shí)驗(yàn)中如何做可使測量更準(zhǔn)確些？A1. 實(shí)驗(yàn)過程中，環(huán)氧盤 B的側(cè)面的散熱沒做考慮solution:增大環(huán)氧盤B的半徑，減小厚度，使側(cè)面積與外表積之比盡可能低2. 加熱盤A,環(huán)氧盤B,散熱盤C之間存在縫隙，沒能緊密接觸solution:實(shí)驗(yàn)開始時(shí)盡量將他們壓緊3. 錯(cuò)誤地判定穩(wěn)態(tài)，沒到穩(wěn)態(tài)時(shí)

14、便開始測定冷卻速率 solution:耐心等到溫度不再上升，只是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)再進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)4. 熱電偶的插頭未與加熱盤 A，環(huán)氧盤B緊密接觸，導(dǎo)致測溫不準(zhǔn) solution:實(shí)驗(yàn)開始前，盡量確保它們緊密接觸5. 實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，所測加熱盤 A,散熱盤C的溫度不一致；計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)沒將此誤差計(jì)算在公式中。solution:實(shí)驗(yàn)開始前將溫度差記下，處理數(shù)據(jù)時(shí)記得將其帶入4、組合光學(xué)Q為什么檢流計(jì)讀數(shù)最大值要求 100以上？A 首先，因?yàn)榈?2頂峰的數(shù)值是第一個(gè)的 5%，如果第一個(gè)小于 100，那么第二個(gè)頂峰小于 5，數(shù)據(jù)太小，不便于直觀反映圖像， 而儀器的誤差范圍是一定的，相對來說，數(shù)據(jù)小的誤

15、差更大。而且我認(rèn)為，數(shù)據(jù)太小，在移動(dòng)架鼓輪時(shí)，移動(dòng)的距離也小一些。 可以通過增大單縫的寬度來增大最大值，但是不能超過量程，而且需要保證衍射現(xiàn)象明顯。Q做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)條紋時(shí)，一局部清晰一局部暗，不能清晰讀條紋，是什么原因？怎樣調(diào)出清晰條紋？A 可能的原因：可能是因?yàn)榕ｎD環(huán)與讀數(shù)顯微鏡不平行或不同軸，導(dǎo)致牛頓環(huán)只有局部區(qū)域在顯微鏡的聚焦范圍內(nèi)；還有可能 是因?yàn)殁c光燈位置沒調(diào)好，導(dǎo)致一局部亮一局部暗。 / 焦距沒有調(diào)好？ 調(diào)整方法：首先進(jìn)行粗調(diào)，盡量使牛頓環(huán)與讀數(shù)顯微鏡同軸等高相互平行，再從讀數(shù)顯微鏡中觀察進(jìn)行細(xì)調(diào)，直至圖像清晰。 如果仍然亮度不夠，可以調(diào)節(jié)鈉光燈的照射角度與其位置，以保證圖像的清

16、晰和實(shí)驗(yàn)的精確5、液體外表張力Q簡要說明毛細(xì)管內(nèi)液面能升高的原因？A 因?yàn)椋軡櫇癫Ａ?。即，其“附著力大于“?nèi)聚力 ，液體會眼固體外表擴(kuò)張。 外表張力沿切線方向，其大小與周長成正比。即 F=T*2pi.比例常數(shù)T為水的外表張力系數(shù)。正是 F沿鉛直方向的分力Feo sH使管內(nèi)水面最低點(diǎn)相對管外水面升高 因此，頁面會升高。根據(jù)相關(guān)公式，我們即可進(jìn)行定量計(jì)算 Q 為什么液膜破裂前的一瞬間讀出 U1 值，而不是將數(shù)字電壓表顯示最大值作為U1？A因?yàn)椋?dāng)輸出最大值 U1時(shí)，并非為“臨脫狀態(tài)，液膜較厚，液膜重量較大。而書中的計(jì)算方法要求“忽略液膜重量 ，因此，會帶來實(shí)驗(yàn)誤差。經(jīng)計(jì)算比臨脫狀態(tài)測量相對誤差

17、大 1%2%1.Q假設(shè)吊環(huán)的下沿所在平面與液面不平行，外表張力系數(shù)怎么變？A 使測量值偏小。因?yàn)楫?dāng)?shù)醐h(huán)不水平時(shí)，一邊的液膜會先破裂，而此時(shí)另一側(cè)還未到達(dá)“臨界狀態(tài)。因此測得拉力小于實(shí)際值，導(dǎo)致結(jié)果偏小。Q外表張力與哪些因素有關(guān)？實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意哪些因素才能減小誤差？A減小誤差的方法：一拖拉法a、 降低平臺時(shí)，應(yīng)盡量緩慢。因?yàn)?，液面震?dòng)會使液面提前破裂。b、測量前，應(yīng)將吊環(huán)口擦凈。為去除油污c、不要過于緩慢，以防止液膜蒸發(fā)d、防止外界環(huán)境變化，如較大的空氣流動(dòng)。e、吊環(huán)要水平。二毛細(xì)管法a、清洗毛細(xì)管b、 調(diào)整毛細(xì)管高度，在不同高度測量防止毛細(xì)管內(nèi)徑不均勻。c、注意要讓液體充分濕潤內(nèi)壁。6、光電效應(yīng)

18、Q 何為零電流法？為什么可以用零電流法？A1零電流法測截止電壓就是把實(shí)測電流為零時(shí)，光電管所對應(yīng)的電壓值作為截止電壓。2本實(shí)驗(yàn)用零電流法的原因：本實(shí)驗(yàn)采用ZKY-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，該儀器采用了新型結(jié)構(gòu)的光電管，使光不能直接照射到陽極， 由陰極照射到陽極的光也很少， 加上采用新型的陰陽極材料和制造工藝， 使得陽極反向電流、光電管暗電流大 大降低，由此測定的光電管的伏安特性曲線 Us與Us'根本重合，故而可以采用零電流法。零電流法：把實(shí)測電流為零時(shí)對應(yīng)的光電管電壓值作為截止電壓 Us.原因：本實(shí)驗(yàn)采用ZKY-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，該實(shí)驗(yàn)儀采用了新型結(jié)構(gòu)的光電管。 由于其特殊結(jié)構(gòu)使光不能直接照射到陽極， 由陰極反射照到陽極的光也很少，加上采用新型的陰、陽極材料與制造工藝，使得陽極反向電流、光電管暗電流大大降低，由把實(shí)測電流為零時(shí)對應(yīng)的光電管電壓值作為截止電壓US,此種方法稱為零電流法.用零電流法測得的截止電壓更準(zhǔn)確由于其特殊結(jié)構(gòu)使光不能直接照射到陽極，由陰極反射照到陽極的光也很少，加上采用新型的陰、陽極材料與制造工藝，使得 陽極反向電流、光電管暗電流大大降低，由此測定的光電管的伏安特性US和Us、根本重合，誤差較小，故可