大學物理實驗思考題答案大全

實驗一霍爾效應及其應用

【預習思考題】

1．列出計算霍爾系數(shù)、載流子濃度n、電導率σ及遷移率μ的計算公式，并注明單位。

霍爾系數(shù)，載流子濃度，電導率，遷移率。

2．如已知霍爾樣品的工作電流及磁感應強度B的方向，如何判斷樣品的導電類型？

以根據(jù)右手螺旋定則，從工作電流旋到磁感應強度B確定的方向為正向，若測得的霍爾電壓為正，則樣品為P型，反之則為N型。

3．本實驗為什么要用3個換向開關？

為了在測量時消除一些霍爾效應的副效應的影響，需要在測量時改變工作電流及磁感應強度B的方向，因此就需要2個換向開關；除了測量霍爾電壓，還要測量A、C間的電位差，這是兩個不同的測量位置，又需要1個換向開關?？傊?，一共需要3個換向開關。

【分析討論題】

1．若磁感應強度B和霍爾器件平面不完全正交，按式（5.2-5）測出的霍爾系數(shù)比實際值大還是?。恳獪蚀_測定值應怎樣進行？

若磁感應強度B和霍爾器件平面不完全正交，則測出的霍爾系數(shù)比實際值偏小。要想準確測定，就需要保證磁感應強度B和霍爾器件平面完全正交，或者設法測量出磁感應強度B和霍爾器件平面的夾角。

2．若已知霍爾器件的性能參數(shù)，采用霍爾效應法測量一個未知磁場時，測量誤差有哪些來源？

誤差來源有：測量工作電流的電流表的測量誤差，測量霍爾器件厚度d的長度測量儀器的測量誤差，測量霍爾電壓的電壓表的測量誤差，磁場方向與霍爾器件平面的夾角影響等。

實驗二聲速的測量

【預習思考題】

1.如何調(diào)節(jié)和判斷測量系統(tǒng)是否處于共振狀態(tài)？為什么要在系統(tǒng)處于共振的條件下進行聲速測定？

答：緩慢調(diào)節(jié)聲速測試儀信號源面板上的“信號頻率”旋鈕，使交流毫伏表指針指示達到最大（或晶體管電壓表的示值達到最大），此時系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，顯示共振發(fā)生的信號指示燈亮，信號源面板上頻率顯示窗口顯示共振頻率。在進行聲速測定時需要測定駐波波節(jié)的位置，當發(fā)射換能器S1處于共振狀態(tài)時，發(fā)射的超聲波能量最大。若在這樣一個最佳狀態(tài)移動S1至每一個波節(jié)處，媒質(zhì)壓縮形變最大，則產(chǎn)生的聲壓最大，接收換能器S2接收到的聲壓為最大，轉變成電信號，晶體管電壓表會顯示出最大值。由數(shù)顯表頭讀出每一個電壓最大值時的位置，即對應的波節(jié)位置。因此在系統(tǒng)處于共振的條件下進行聲速測定，可以容易和準確地測定波節(jié)的位置，提高測量的準確度。

2.壓電陶瓷超聲換能器是怎樣實現(xiàn)機械信號和電信號之間的相互轉換的？

答：壓電陶瓷超聲換能器的重要組成部分是壓電陶瓷環(huán)。壓電陶瓷環(huán)由多晶結構的壓電材料制成。這種材料在受到機械應力，發(fā)生機械形變時，會發(fā)生極化，同時在極化方向產(chǎn)生電場，這種特性稱為壓電效應。反之，如果在壓電材料上加交變電場，材料會發(fā)生機械形變，這被稱為逆壓電效應。聲速測量儀中換能器S1作為聲波的發(fā)射器是利用了壓電材料的逆壓電效應，壓電陶瓷環(huán)片在交變電壓作用下，發(fā)生縱向機械振動，在空氣中激發(fā)超聲波，把電信號轉變成了聲信號。換能器S2作為聲波的接收器是利用了壓電材料的壓電效應，空氣的振動使壓電陶瓷環(huán)片發(fā)生機械形變，從而產(chǎn)生電場，把聲信號轉變成了電信號。

【分析討論題】

1.為什么接收器位于波節(jié)處，晶體管電壓表顯示的電壓值是最大值？

答：兩超聲換能器間的合成波可近似看成是駐波。其駐波方程為

A（x）為合成后各點的振幅。當聲波在媒質(zhì)中傳播時，媒質(zhì)中的壓強也隨著時間和位置發(fā)生變化，所以也常用聲壓P描述駐波。聲波為疏密波，有聲波傳播的媒質(zhì)在壓縮或膨脹時，來不及和外界交換熱量，可近似看作是絕熱過程。氣體做絕熱膨脹，則壓強減小；做絕熱壓縮，則壓強增大。媒質(zhì)體元的位移最大處為波腹，此處可看作既未壓縮也未膨脹，則聲壓為零，媒質(zhì)體元位移為零處為波節(jié)，此處壓縮形變最大，則聲壓最大。由此可知，聲波在媒質(zhì)中傳播形成駐波時，聲壓和位移的相位差為。令P（x）為駐波的聲壓振幅，駐波的聲壓表達式為

波節(jié)處聲壓最大，轉換成電信號電壓最大。所以接收器位于波節(jié)處，晶體管電壓表顯示的電壓值是最大值。

2.用逐差法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是什么？

答：逐差法是物理實驗中處理數(shù)據(jù)的一種常用方法，是對等間隔變化的被測物理量的數(shù)據(jù)，進行逐項或隔項相減，來獲得實驗結果的數(shù)據(jù)處理方法。逐差法進行數(shù)據(jù)處理有很多優(yōu)點，可以驗證函數(shù)的表達形式，也可以充分利用所測數(shù)據(jù)，具有對數(shù)據(jù)取平均的效果，起到減小隨機誤差的作用。本實驗用隔項逐差法處理數(shù)據(jù)，減小了測量的隨機誤差。

實驗三衍射光柵

【預習思考題】

1.如何調(diào)整分光計到待測狀態(tài)?

答：（1）調(diào)節(jié)望遠鏡適合接收平行光，且其光軸垂直于儀器中心軸；

（2）平行光管能發(fā)出平行光，且其光軸垂直于儀器中心軸；

（3）載物臺的臺面垂直于儀器中心軸。

2.調(diào)節(jié)光柵平面與入射光垂直時，為什么只調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺釘b、c，而當各級譜線左右兩側不等高時，又只能調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺釘a？

答：調(diào)節(jié)光柵平面與入射光垂直時，光柵放在載物臺調(diào)平螺釘b、c的垂直平分線上，望遠鏡和平行光管已調(diào)好，調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺釘a不能改變光柵面與入射光的夾角，只能調(diào)節(jié)螺釘b或c使光柵面反射回來的“+”字像與分劃板上“”形叉絲的上十字重合，此時光柵平面與入射光垂直。

當各級譜線左右兩側不等高時，說明光柵刻線與載物臺平面不垂直，調(diào)節(jié)b、c破壞入射光垂直光柵面，只調(diào)節(jié)a即可使各級譜線左右兩側等高。

【分析討論題】

1.利用本實驗的裝置如何測定光柵常數(shù)？

答：與實驗步驟一樣，調(diào)出光譜線，已知綠光波長m，測量一級（）綠光衍射角，根據(jù)光柵方程，可計算出光柵常數(shù)d。

2.三棱鏡的分辨本領,b是三棱鏡底邊邊長，一般三棱鏡約為1000cm-1。問邊長多長的三棱鏡才能和本實驗用的光柵具有相同的分辨率？

解：已知：實驗測得=27000，cm-1求b。

由得b=(cm)

答：略。

實驗四多用電表的設計與制作

【分析討論題】

1．校準電表時，如果發(fā)現(xiàn)改裝表的讀數(shù)相對于標準表的讀數(shù)都偏高或偏低，即總向一個方向偏，試問這是什么原因造成的？欲使有正有負（合理偏向）應采取什么措施？測量振幅時，直接測量位移與電壓的關系。要求先根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出U~x關系曲線，標出線性區(qū)，求出線性度和靈敏度。稱重時測量電壓與位移的關系，再換算成電壓與重量的關系。振動臺作為稱重平臺，逐步放上砝碼，依次記下表頭讀數(shù)，并做出U~W曲線。在平臺上另放置一未知重量之物品，根據(jù)表頭讀數(shù)從U~W曲線中求得其重量。

2．描述并解釋實驗內(nèi)容２的示波器上觀察到的波形。

交流激勵作用下其輸出～輸入特性與直流激勵特性有較大的不同，靈敏度和線性區(qū)域都發(fā)生了變化。示波器上的波形在振幅不太大時為一正弦波。若振幅太大，超出了其線性范圍，則波形會發(fā)生畸變。

試驗八鐵磁材料磁滯回線的測繪

【預習思考題】

1.測繪磁滯回線和磁化曲線前為何先要退磁？如何退磁？

答：由于鐵磁材料磁化過程的不可逆性即具有剩磁的特點，在測定磁化曲線和磁滯回線時，首先必須對鐵磁材料預先進行退磁，以保證外加磁場H=0時B=0。退磁的方法，從理論上分析，要消除剩余磁感應強度Br，只需要通以反向電流，使外加磁場正好等于鐵磁材料的矯頑力即可，但實際上矯頑力的大小通常并不知道，則無法確定退磁電流的大小。常采用的退磁方法是首先給要退磁的材料加上一個大于（至少等于）原磁化場的交變磁場（本實驗中順時針方向轉動“U選擇”旋鈕，令U從0依次增至3V），鐵磁材料的磁化過程是一簇逐漸擴大的磁滯回線。然后逐漸減小外加磁場，（本實驗中逆時針方向轉動旋鈕，將U從最大值依次降為0），則會出現(xiàn)一簇逐漸減小而最終趨向原點的磁滯回線。當外加磁場H減小到零時，鐵磁材料的磁感應強度B亦同時降為零，即達到完全退磁。

2.如何判斷鐵磁材料屬于軟、硬磁性材料？

答：軟磁材料的特點是：磁導率大，矯頑力小，磁滯損耗小，磁滯回線呈長條狀；硬磁材料的特點是：剩磁大，矯頑力也大，磁滯特性顯著，磁滯回線包圍的面積肥大。

【分析討論題】

1.本實驗通過什么方法獲得H和B兩個磁學量？簡述其基本原理。

答：本實驗采用非電量電測技術的參量轉換測量法，將不易測量的磁學量轉換為易于測量的電學量進行測定。按測試儀上所給的電路圖連接線路，將電壓UH和UB分別加到示波器的“x輸入”和“y輸入”，便可觀察到樣品的磁滯回線，同時利用示波器測繪出基本磁化曲線和磁滯回線上某些點的UH和UB值。根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強為

(L為樣品的平均磁路)

根據(jù)法拉弟電磁感應定律，樣品的磁感應強度瞬時值

由以上兩個公式可將測定的UH和UB值轉換成H和B值，并作出H~B曲線。

【實驗儀器】

2.鐵磁材料的磁化過程是可逆過程還是不可逆過程？用磁滯回線來解釋。

答：鐵磁材料的磁化過程是不可逆過程。鐵磁材料在外加磁場中被磁化時，外加磁場強度H與鐵磁材料的磁感應強度B的大小是非線性關系。當磁場H從零開始增加時，磁感應強度B隨之以曲線上升，當H增加到Hm時，B幾乎不再增加，達到飽和值Bm，從O到達飽和狀態(tài)這段B-H曲線，稱為起始磁化曲線。當外加磁場強度H從Hm減小時，鐵磁材料的磁感應強度B也隨之減小，但不沿原曲線返回，而是沿另一曲線下降。當H下降為零時，B不為零，仍保留一定的剩磁Br，使磁場反向增加到-Hc時，磁感應強度B下降為零。繼續(xù)增加反向磁場到-Hm，后逐漸減小反向磁場直至為零，再加上正向磁場直至Hm，則得到一條閉合曲線，稱為磁滯回線。從鐵磁材料的起始磁化曲線和磁滯回線可以看到，外加磁場強度H從Hm減小到零時的退磁曲線與磁場H從零開始增加到Hm時的起始磁化曲線不重合，說明退磁過程不能重復起始磁化過程的每一狀態(tài)，所以鐵磁材料的磁化過程是不可逆過程。

實驗九用動態(tài)法測定金屬棒的楊氏模量

【預習思考題】

1．試樣固有頻率和共振頻率有何不同，有何關系?

固有頻率只由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定。和共振頻率是兩個不同的概念，它們之間的關系為：

式中Q為試樣的機械品質(zhì)因數(shù)。一般懸掛法測楊氏模量時，Q值的最小值約為50，所以共振頻率和固有頻率相比只偏低0.005%，故實驗中都是用f共代替f固，

2．如何盡快找到試樣基頻共振頻率?

測試前根據(jù)試樣的材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量，通過（5.7-3）式估算出共振頻率的數(shù)值，在上述頻率附近尋找。

【分析討論題】

1．測量時為何要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點附近？

理論推導時要求試樣做自由振動，應把線吊扎在試樣的節(jié)點上，但這樣做就不能激發(fā)試樣振動。因此，實際吊扎位置都要偏離節(jié)點。偏離節(jié)點越大，引入的誤差就越大。故要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點附近。

2．如何判斷銅棒發(fā)生了共振?

可根據(jù)以下幾條進行判斷：

（1）換能器或懸絲發(fā)生共振時可通過對上述部件施加負荷(例如