華中科技大學-物理實驗-(考試-復習資料)

1、電磁感應【Q】在實驗中我們發(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反作用力（磁阻尼力），這個阻尼力會影響實驗精度嗎？【A】并不會影響實驗精度，且鋁盤會以一個恒定的頻率在轉(zhuǎn)動！原因：步進電機的工作原理，是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。因此，在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響?！綫】大家是否發(fā)現(xiàn)在我們這個實驗中，鋁盤上面挖了六個小孔，你們認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)生感應電動勢，鋁盤就相當于多個電源的并聯(lián)，但是由于小孔的存在，產(chǎn)生的電流可能不穩(wěn)定，牽引力會有小幅波動，但是小孔并不是改變磁通量的“罪魁禍首【Q】測量磁懸浮力或牽引力時，永磁體的位置對結(jié)果有什么影響？比如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所受的力與磁體位于鋁盤邊緣時相比，大小如何？【A】做了幾次試驗，發(fā)現(xiàn)當磁鐵在盤內(nèi)較大距離時力不大，到盤邊時較大，遠離盤后減小?？赏浦εc磁鐵到盤中心的距離是一個單峰的函數(shù)，有水平漸近線。【Q】大家想一下，如果那個軸承完全無摩擦，那么它的轉(zhuǎn)速會無限增大嗎？【A】【Q】如何改進？？【A】此實驗的磁懸浮力和磁牽引力裝置應增加一個角度指針，因為我們在做距離和力的大小的關系試驗中，每次都要將測力器桿取出，然后重新固定，這當中是不是會因為角度的不同產(chǎn)生較大的誤差呢？所以可以增加一個角度小指針，來校正測力桿放置的方向，減免誤差我們是準備加一個升降裝置的，最好帶刻度的。1.測量磁懸浮傳動系統(tǒng)的軸承轉(zhuǎn)速時，測得的轉(zhuǎn)速不是很穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)速的測定時以一定時間內(nèi)通過軸承的光束的個數(shù)為依據(jù)的。所以我建議增加軸承上計數(shù)孔的個數(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.我做實驗時的傳感器支架穩(wěn)定性不好，每次墊一個墊片測磁牽引力和磁懸浮力時，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。即使測量多個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帶刻度的支架，同時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，進而得到穩(wěn)定的力的讀數(shù)，從而減小實驗誤差。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，同時還能減小讀數(shù)的波動周期，獲得更穩(wěn)定的讀數(shù)并獲得更多的實驗數(shù)據(jù)，從而減小實驗誤差，豐富實驗內(nèi)容。2、RLC電路【Q】在測量RC串聯(lián)電路的時間常數(shù)時，若充電的時間不夠或充電過快，對結(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到就放電，此時下降到一半（0.5E）的的時間td變長，故偏大?！続LL_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，拓展設計對電路內(nèi)阻r的測量方案與分析。(3)估計和檢驗實驗測量結(jié)果的正確性與合理性的經(jīng)驗分享。(4)實驗中如何判斷弱阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態(tài)？簡述理由。(5)實驗電感的電阻值，是否影響RLC電路的振蕩特性？為什么？(6)測量RC電路τ時，充電不足或過快對測量結(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)驗分享。(8)RLC電路實驗的總結(jié)(經(jīng)驗分享、體會、感想、討論、建議等)。(2)依據(jù)現(xiàn)有裝置，拓展設計對電路內(nèi)阻r的測量方案與分析。通過本次的三個實驗，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，并多次測量求平均值。缺點：判斷E/2處時，波形線較粗，光標較細，會造成一定的誤差。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）），由實驗方法測量3-5組T值，并由T=(2π√LC)/[√（1-R2/4L）]可求解R值，即r。此方法較為準確，當調(diào)節(jié)光標時可以利用波峰的對稱性來確定其位置，且每次測量時兩光標之間相隔3-4個周期，測出的T較為精確。③臨界阻尼狀態(tài)下，Rc=2√(L/c)=R電阻箱+r。此方案在測量時較難確定其臨界狀態(tài)，對r的值確定影響較大。當調(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)驗分享。在測量過程中，我嘗試使用兩種方法來確定臨界阻尼，①調(diào)節(jié)時間軸最短，U軸最大，從而使弱阻尼狀態(tài)下震蕩個更加明顯，，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：假設波形放的更大能更加準確的測定臨界狀態(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間的長短，當頻率較大即時間較小時，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便開始放電下滑了；當頻率較小即時間較長時，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，應當選取適當?shù)念l率以獲得合適的，剛好充滿整個坐標的電容充放電的V-t圖(4)實驗中如何判斷弱阻尼、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，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)，則此時為過阻尼狀態(tài)。(6)測量RC電路τ時，充電不足或過快對測量結(jié)果有何影響？充電不足，則導致電壓還沒上升到最大值時便開始放電下降，此時根本不能測得τ值；當充電過快時，雖然電容是完全地進行了充放電，但所占時間比例較小，很難精確地測得半衰期，所得結(jié)果自然不準。(8)RLC電路實驗的總結(jié)(經(jīng)驗分享、體會、感想、討論、建議等)。在判斷臨界阻尼現(xiàn)象時，一定不要局部地放大震蕩部分，如此的話，會是原本曲率較大的震蕩部分被拉平，導致人無法準確地判斷臨界阻尼狀態(tài)。應當適當?shù)胤糯蠡蚩s小示波器上的圖像以便準確地觀察到震蕩部分的變化和消逝第1題:方波信號頻率過大，會導致其周期過小，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，故實驗的精確度會降低。而方波信號頻率過小，會導致其周期過大，同樣不利于實驗現(xiàn)象的觀察和測量。第6題：充電不足不符合半衰期測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)是要求在千歐級調(diào)節(jié)的，故這樣會使實驗精度降低。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與清晰狀況，直接相關于光標的標定，于是時間的測量有相當?shù)恼`差。然后，載入示波器后，電路的阻抗變了，響應有變化，會造成一定的實驗測量誤差。再者，本實驗只有一組數(shù)據(jù)測量，存在偶然