物理試驗 思考題答案相關(guān)答案

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物理試驗思考題答案相關(guān)答案力學(xué)和熱學(xué)電磁學(xué)光學(xué)

近代物理

1.是否可以測搖擺一次的時間作周期值？為什么？

答：不可以。由于一次測量隨機誤差較大，屢屢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，探討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(dāng)兩個圓盤的質(zhì)量為均勻分布時，與空載時比較，搖擺周期將會減小。由于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)量與此相等的同直徑的圓盤，根據(jù)公式(3-1-5)，搖擺周期T0將會減小。

3.三線擺在搖擺中受空氣阻尼，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，由于本試驗測量的時間比較短。

試驗2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(dāng)?shù)卦龃髽顺呔嚯xD或適當(dāng)?shù)販p小光杠桿前后腳的垂直距離b，可以提高靈敏度，由于光杠桿的放大倍數(shù)為2D/b。2.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試驗數(shù)據(jù)?

答：逐差法是試驗數(shù)據(jù)處理的一種基本方法，實質(zhì)就是充分利用試驗所得的數(shù)據(jù)，減少隨機誤差，具有對數(shù)據(jù)取平均的效果。由于對有些試驗數(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。為了保持屢屢測量的優(yōu)越性，一般對這種自變量等間隔變化的狀況，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。

試驗三，隨即誤差的統(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：對某一物理量在一致條件下做n次重復(fù)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。

假使測量次數(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(dāng)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.假使所測得的一組數(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(dāng)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。試驗四電熱法測量熱功當(dāng)量

1.該試驗所必需的試驗條件與采用的試驗基本方法各是什么?系統(tǒng)誤差的來源可能有哪

些?

答：試驗條件是系統(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。試驗方法是電熱法。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①水的溫度不均勻，用局部溫度代替整體溫度。②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。③溫度，質(zhì)量及電功率等物理量的測量誤差。

2.試定性說明試驗中發(fā)生以下狀況時，試驗結(jié)果是偏大還是偏小?

(1)攪拌時水被濺出；

答：試驗結(jié)果將會偏小。水被濺出，即水的質(zhì)量減少，在計算熱功當(dāng)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+ΔT度。用，有Q=（cimiT），，分母變大J變小。(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-ΔT，用J=A/θ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+ΔT，分母變大，因而J變小。

(3)室溫測得偏高或偏低。答：

設(shè)θ0為室溫，若測得值偏高Δθ時，測量得到的溫度值為θ0+Δθ；偏低Δθ時，測量溫度值為θ0-Δθ，在計算溫度虧損時，dTi=k(Ti-θ)，k是與是室溫?zé)o關(guān)的量(k與室溫有關(guān))，只與降溫初溫柔降溫終溫以及降溫時間有關(guān)，測得室溫偏高時，dTi=k[Ti-(θ0+Δθ)]，每秒內(nèi)的溫度虧損dTi小于實際值，t秒末的溫度虧損δTi=∑k[Ti-(θ0+Δθ)]。此值小于實際值，由于散熱造成的溫度虧損δTi=Tf+Tf″，修正后的溫度Tf″為：Tf″=Tf-δTi，δTi為負值，當(dāng)測量值低于實際室溫時，δTi的絕對值變?。篢f″=Tf+｜δTi｜，即Tf″變小，ΔT變?。ㄆ渲笑＝Tf″-Tf初，Tf初：升溫初始值），J變大，反之J變小。

試驗七

(1)校正電流表時，假使發(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頭的電流減小，改裝表的讀數(shù)也減小。(2)校正電壓表時，假使發(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，假使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(dāng)表內(nèi)阻為Rg、待測電阻為Rx時，；根據(jù)歐姆表工作原理，當(dāng)待測電阻Rx＝0時，。即，因而可得Rx＝Rg。所以，歐姆表顯示測讀數(shù)即為該歐姆表的內(nèi)阻。

[試驗八]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(dāng)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(dāng)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)在本試驗中，觀測李薩如圖形時，為什么得不到長時間穩(wěn)定的圖形？答：由于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，由于用此方法測量的頻率確切度低。(4)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，屏上的圖形是什么狀況？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，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)狀交織線。1.電橋由哪幾部分組成?電橋的平衡條件是什么?答：由電源、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.以下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；(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(dǎo)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(dāng)其指針指零時檢流計中電流不為零，即電橋沒有達到平衡正態(tài)，此時的測量讀數(shù)中將會含有較大誤差甚至?xí)霈F(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(dāng)被測電阻的阻值很高時導(dǎo)線電阻可以忽略。

4.為了能更好地測準電阻，在自組電橋時，假使要測一個約1.2kΩ的電阻，應(yīng)當(dāng)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1000Ω，檢流計取1.5級μA表。[試驗十]用電位差計測量電動勢

1.按圖3-10-4聯(lián)好電路做試驗時，有時不管如何調(diào)動a頭和b頭，檢流計G的指針總指零，或總不指零，兩種狀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颍孩貳和Ex極性不對頂；②工作回路斷路；③RAB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E＞Ex，測試過程中Rc調(diào)好后不再變動，Rx是個確鑿度很高的電阻箱。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)/L2]Rx(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(1)Vx=AL2(2)而

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)的確鑿度很高的電阻箱，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

①調(diào)整可變縝密電阻箱R0（作標準電阻用）的阻值，使電流表有適當(dāng)偏轉(zhuǎn)，如可能，使R0與Rx相接近。

②將1點接Ex(+)，2點接Ex(-)，測出Vx(Rx兩端的電位差)。

③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)。④因Rx和R0通過的電流一致，故：Rx=(Vx/V0)R0校準電流表

①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)。②同法測出同一校準點的電流I2,I3,……。

③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：

①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=11a＝1.1mV，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)r＝999r

②當(dāng)R2I=E0時，R1為最小，即R1=R1min，此時有R1I+E0+Ir=1.1。由于I=VAB/r=0.0011/r，所以

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

當(dāng)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

[試驗十一]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)，造成這一現(xiàn)象的原因好多，大致可歸納為：

①示波器接地（GND）（測量時接地按鍵GND應(yīng)當(dāng)彈起）；②衰減開關(guān)VOLTS/DIV選擇過大（測量時可先選擇小些）；③信號發(fā)生器輸出過小或沒有輸出；

④信號發(fā)生器輸出直流信號；

⑤在信號的傳輸中，導(dǎo)線或接頭接觸不良，也可造成該現(xiàn)象；⑥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，影響的因素好多，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(CH1)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一致，這對于觀測測量聲波波長有無影響?為什么?答：沒有影響。由于波長是波在傳播過程中位相差為2π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：試驗講義上共列出了三種測量方法：①李薩如圖相位比較法，②共振法，③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穩(wěn)定，對于示波器的使用以及學(xué)生動手能力和