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

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(huì)對(duì)磁鐵產(chǎn)生牽引力，發(fā)過來磁鐵也會(huì)對(duì)鋁盤有一個(gè)反作用力（磁阻尼力），這個(gè)阻尼力會(huì)影響實(shí)驗(yàn)精度嗎？【A】并不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)精度，且鋁盤會(huì)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(hào)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(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響?！綫】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(huì)對(duì)牽引力產(chǎn)生影響嗎？【A】小孔會(huì)對(duì)牽引力產(chǎn)生影響，牽引力相比沒孔的鋁盤會(huì)變??；每一根鋁絲兩端都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，鋁盤就相當(dāng)于多個(gè)電源的并聯(lián)，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(huì)有小幅波動(dòng)，但是小孔并不是改變磁通量的“罪魁禍?zhǔn)住綫】測(cè)量磁懸浮力或牽引力時(shí)，永磁體的位置對(duì)結(jié)果有什么影響？比如正對(duì)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(huì)無限增大嗎？【A】【Q】如何改進(jìn)？？【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(cè)谧鼍嚯x和力的大小的關(guān)系試驗(yàn)中，每次都要將測(cè)力器桿取出，然后重新固定，這當(dāng)中是不是會(huì)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(cè)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(cè)量磁懸浮傳動(dòng)系統(tǒng)的軸承轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)得的轉(zhuǎn)速不是很穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)速的測(cè)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(cè)得的數(shù)目會(huì)增多，可以減小不穩(wěn)定因素的干擾，所得讀數(shù)會(huì)相對(duì)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(cè)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(cè)量多個(gè)墊片的厚度求平均值，恐怕誤差依然不小。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(cè)量RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)時(shí)，若充電的時(shí)間不夠或充電過快，對(duì)結(jié)果有何影響？【A】充電不足不就是充電過快么？充電不足使得最大值未達(dá)到就放電，此時(shí)下降到一半（0.5E）的的時(shí)間td變長(zhǎng)，故偏大?！続LL_Q】(1)試分析方波信號(hào)頻率對(duì)觀察和測(cè)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(duì)電路內(nèi)阻r的測(cè)量方案與分析。(3)估計(jì)和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jiǎn)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(cè)量RC電路τ時(shí)，充電不足或過快對(duì)測(cè)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(cè)量的精度的經(jīng)驗(yàn)分享。(8)RLC電路實(shí)驗(yàn)的總結(jié)(經(jīng)驗(yàn)分享、體會(huì)、感想、討論、建議等)。(2)依據(jù)現(xiàn)有裝置，拓展設(shè)計(jì)對(duì)電路內(nèi)阻r的測(cè)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.①RC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τ，由τ=RC可求出r=R-R電阻箱?？梢哉{(diào)節(jié)C值，并多次測(cè)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(huì)造成一定的誤差。②RLC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(cè)量3-5組T值，并由T=(2π√LC)/[√（1-R2/4L）]可求解R值，即r。此方法較為準(zhǔn)確，當(dāng)調(diào)節(jié)光標(biāo)時(shí)可以利用波峰的對(duì)稱性來確定其位置，且每次測(cè)量時(shí)兩光標(biāo)之間相隔3-4個(gè)周期，測(cè)出的T較為精確。③臨界阻尼狀態(tài)下，Rc=2√(L/c)=R電阻箱+r。此方案在測(cè)量時(shí)較難確定其臨界狀態(tài)，對(duì)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(cè)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(cè)量的精度的經(jīng)驗(yàn)分享。在測(cè)量過程中，我嘗試使用兩種方法來確定臨界阻尼，①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。②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)附近仍難以判斷。思考：假設(shè)波形放的更大能更加準(zhǔn)確的測(cè)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(hào)頻率對(duì)觀察和測(cè)量RLC電路暫態(tài)過程的影響？方波信號(hào)頻率決定了電容的充電時(shí)間的長(zhǎng)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(zhǎng)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)當(dāng)選取適當(dāng)?shù)念l率以獲得合適的，剛好充滿整個(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(jiǎn)述理由。在RLC電路的暫態(tài)過程周期圖中，若電壓V經(jīng)過震蕩后才逐漸穩(wěn)定，則為弱阻尼狀態(tài)；逐漸增大電阻R，若電壓V從大幅震蕩逐漸減小至剛好無震蕩，則此時(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)，則此時(shí)為過阻尼狀態(tài)。(6)測(cè)量RC電路τ時(shí)，充電不足或過快對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響？充電不足，則導(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(cè)得τ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(cè)得半衰期，所得結(jié)果自然不準(zhǔn)。(8)RLC電路實(shí)驗(yàn)的總結(jié)(經(jīng)驗(yàn)分享、體會(huì)、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部分，如此的話，會(huì)是原本曲率較大的震蕩部分被拉平，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)確地觀察到震蕩部分的變化和消逝第1題:方波信號(hào)頻率過大，會(huì)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(jí)調(diào)節(jié)的，故實(shí)驗(yàn)的精確度會(huì)降低。而方波信號(hào)頻率過小，會(huì)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(cè)量。第6題：充電不足不符合半衰期測(cè)量法的充電完畢的前提，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(jí)調(diào)節(jié)的，故這樣會(huì)使實(shí)驗(yàn)精度降低。一、對(duì)于電路測(cè)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(cè)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(huì)造成一定的實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差。再者，本實(shí)驗(yàn)只有一組數(shù)據(jù)測(cè)量，存在偶然