大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告思考題部分答案(周嵐)

實(shí)驗(yàn)十三拉伸法測(cè)金屬絲的揚(yáng)氏彈性摸量【預(yù)習(xí)題】1．如何根據(jù)幾何光學(xué)的原理來(lái)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡、光杠桿和標(biāo)尺之間的位置關(guān)系？如何調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡？答：（1）根據(jù)光的反射定律分兩步調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡、光杠桿和標(biāo)尺之間的位置關(guān)系。第一步：調(diào)節(jié)來(lái)自標(biāo)尺的入射光線和經(jīng)光杠桿鏡面的反射光線所構(gòu)成的平面大致水平。具體做法如下：=1\*GB3①用目測(cè)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和光杠桿大致等高。=2\*GB3②用目測(cè)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡下的高低調(diào)節(jié)螺釘，使望遠(yuǎn)鏡大致水平；調(diào)節(jié)光杠桿鏡面的仰俯使光杠桿鏡面大致鉛直；調(diào)節(jié)標(biāo)尺的位置，使其大致鉛直；調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡上方的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)使望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直光杠桿鏡面。第二步：調(diào)節(jié)入射角（來(lái)自標(biāo)尺的入射光線與光杠桿鏡面法線間的夾角）和反射角（經(jīng)光杠桿鏡面反射進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的反射光與光杠桿鏡面法線間的夾角）大致相等。具體做法如下：沿望遠(yuǎn)鏡筒方向觀察光杠桿鏡面，在鏡面中若看到標(biāo)尺的像和觀察者的眼睛，則入射角與反射角大致相等。如果看不到標(biāo)尺的像和觀察者的眼睛，可微調(diào)望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺組的左右位置，使來(lái)自標(biāo)尺的入射光線經(jīng)光杠桿鏡面反射后，其反射光線能射入望遠(yuǎn)鏡內(nèi)。（2）望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)：首先調(diào)節(jié)目鏡看清十字叉絲，然后物鏡對(duì)標(biāo)尺的像（光杠桿面鏡后面2D處）調(diào)焦，直至在目鏡中看到標(biāo)尺清晰的像。2．在砝碼盤上加載時(shí)為什么采用正反向測(cè)量取平均值的辦法？答：因?yàn)榻饘俳z彈性形變有滯后效應(yīng)，從而帶來(lái)系統(tǒng)誤差?！舅伎碱}】1．光杠桿有什么優(yōu)點(diǎn)？怎樣提高光杠桿測(cè)量微小長(zhǎng)度變化的靈敏度？答：（1）直觀、簡(jiǎn)便、精度高。（2）因?yàn)?，即，所以要提高光杠桿測(cè)量微小長(zhǎng)度變化的靈敏度，應(yīng)盡可能減小光杠桿長(zhǎng)度（光杠桿后支點(diǎn)到兩個(gè)前支點(diǎn)連線的垂直距離），或適當(dāng)增大D（光杠桿小鏡子到標(biāo)尺的距離為D）。2．如果實(shí)驗(yàn)中操作無(wú)誤，得到的數(shù)據(jù)前一兩個(gè)偏大，這可能是什么原因，如何避免？答：可能是因?yàn)榻饘俳z有彎曲。避免的方法是先加一兩個(gè)發(fā)碼將金屬絲的彎曲拉直。3．如何避免測(cè)量過(guò)程中標(biāo)尺讀數(shù)超出望遠(yuǎn)鏡范圍？答：開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)標(biāo)尺的高低，使標(biāo)尺的下端大致與望遠(yuǎn)鏡光軸等高，這樣未加砝碼時(shí)從望遠(yuǎn)鏡當(dāng)中看到的標(biāo)尺讀數(shù)接近標(biāo)尺的下端，逐漸加砝碼的過(guò)程中看到標(biāo)尺讀數(shù)向上端變化。這樣就避免了測(cè)量過(guò)程中標(biāo)尺讀數(shù)超出望遠(yuǎn)鏡范圍。實(shí)驗(yàn)十四冰的熔解熱的測(cè)定【思考題】1．設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定量熱器的水當(dāng)量。答：用混合法，將質(zhì)量分別為、，溫度分別為、的兩份水放入量熱器里混合，熱平衡方程式，式中為量熱器的水當(dāng)量（、分別為量熱器的質(zhì)量和材料的比熱容），為溫度計(jì)的水當(dāng)量，為水的比熱容，測(cè)出各溫度和質(zhì)量即可求出。2．為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，操作時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？答：（1）在測(cè)量量熱器質(zhì)量時(shí)注意使量熱器干燥。（2）加入熱水的溫度不超過(guò)室溫10℃（3）加冰前讀出熱水的溫度（4）冰塊大小合適，應(yīng)該是熔化的冰，但表面用紙吸干水。（5）加冰后攪動(dòng)冰塊，仔細(xì)觀察混合后混度的變化，讀出最低溫度。實(shí)驗(yàn)十五牛頓環(huán)和劈尖干涉【預(yù)習(xí)題】1．何為等厚干涉?答：對(duì)分振幅薄膜干涉，當(dāng)入射角一定、入射光波波長(zhǎng)一定，光程差僅是膜厚e的函數(shù)，干涉條紋是厚度相同點(diǎn)的軌跡時(shí)，這樣的干涉為等厚干涉。2．如何正確調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡?在測(cè)量中怎樣避免空程誤差?答：先將顯微鏡降到靠近牛頓環(huán)裝置附近,然后慢慢而又小心地自下而上調(diào)節(jié)鏡筒,直至看到清晰的牛頓環(huán)為止。在測(cè)量中為了避免空程誤差，應(yīng)作到兩點(diǎn)：=1\*GB3①先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪向右側(cè)(或向左側(cè))移動(dòng),將顯微鏡的十字叉絲超過(guò)第35條暗紋(到40條),然后再退到接收平行光。（2）平行光管能發(fā)出平行光。（3）望遠(yuǎn)鏡的光軸和平行光管的光軸與儀器的主軸垂直。載物臺(tái)與儀器的主軸垂直。3．用光柵測(cè)波長(zhǎng)時(shí)，光柵應(yīng)如何放置？為什么？答：用光柵測(cè)波長(zhǎng)時(shí)按圖17-7放置光柵。因?yàn)檫@樣放置可方便調(diào)節(jié)。當(dāng)調(diào)節(jié)平行光垂直照射光柵表面時(shí)（即光柵平面與平行光管軸線垂直），只須調(diào)節(jié)螺釘Ⅰ和Ⅱ；只須調(diào)節(jié)螺釘Ⅲ【思考題】1．為什么要用各半調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的主軸垂直于儀器的主軸？答：綜合考慮調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘Ⅰ或Ⅱ與調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡水平度調(diào)節(jié)螺釘對(duì)正反兩面亮十字反射像與分劃板上方的水平刻線間高度差的相互影響，從而加快調(diào)節(jié)速度。2．當(dāng)狹縫過(guò)寬或過(guò)窄時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？答：當(dāng)狹縫過(guò)寬時(shí)，衍射條紋將變粗，相互靠近的條紋無(wú)法分開，在測(cè)量時(shí)難以確定條紋的中心位置。當(dāng)狹縫過(guò)窄時(shí)，將看不見衍射條紋，因而無(wú)法測(cè)量。3．用公式測(cè)光波波長(zhǎng)應(yīng)保證什么條件？實(shí)驗(yàn)中如何檢查條件是否滿足？答：用公式測(cè)光波波長(zhǎng)應(yīng)保證：平行光垂直照射在光柵上。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)檢查0級(jí)譜線和光柵面反射的綠十字像的位置檢查條件是否滿足。0級(jí)譜線應(yīng)與豎叉絲重合，且被測(cè)量用（中叉絲）的水平叉絲平分。光柵面反射的綠十字像應(yīng)與調(diào)整叉絲（上叉絲）重合。實(shí)驗(yàn)十九光具組基點(diǎn)的測(cè)定【預(yù)習(xí)題】1．主點(diǎn)（或面）、節(jié)點(diǎn)（或面）的含義是什么？它們?cè)谑裁礂l件下重合在一起？答：主點(diǎn)是橫向放大率的一對(duì)共軛點(diǎn)。若將物體垂直于系統(tǒng)的光軸放置在第一主點(diǎn)處，則必成一個(gè)與物體同樣大小的正立像于第二主面處。過(guò)主點(diǎn)垂直于光軸的平面，分別稱為第一、第二主面（如圖中、所示）。第一、第二主面主面是一對(duì)橫向放大率的共軛面。節(jié)點(diǎn)是角放大率的一對(duì)共軛點(diǎn)。如圖所示：入射光線（或其延長(zhǎng)線）通過(guò)第一節(jié)點(diǎn)時(shí)，出射光線（或其延長(zhǎng)線）必通過(guò)第二節(jié)點(diǎn)，并與過(guò)的入射光線平行。過(guò)節(jié)點(diǎn)垂直于光軸的平面分別稱為第一、第二節(jié)面。當(dāng)共軸球面系統(tǒng)處于同一媒質(zhì)時(shí)，兩主點(diǎn)分別與兩節(jié)點(diǎn)重合。2．實(shí)驗(yàn)中確定節(jié)點(diǎn)的依據(jù)是什么？如何確定？答：入射光線通過(guò)第一節(jié)點(diǎn)時(shí)，出射光線必通過(guò)第二節(jié)點(diǎn)，并與過(guò)的入射光線平行。實(shí)驗(yàn)時(shí)不斷改變光具組在上層導(dǎo)軌上的位置并使上層導(dǎo)軌饒回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)屏上則像點(diǎn)位置不動(dòng)時(shí)，光具組的第二節(jié)點(diǎn)恰好在回轉(zhuǎn)軸點(diǎn)的位置上。3．如何調(diào)共軸，在實(shí)驗(yàn)中調(diào)共軸有什么必要性？答：用兩次成像法調(diào)節(jié)共軸。實(shí)驗(yàn)中調(diào)共軸可減小測(cè)量誤差?！舅伎碱}】1．當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)上層導(dǎo)軌時(shí)，屏上的像反時(shí)針移動(dòng)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)是在轉(zhuǎn)軸的哪一方？反之如何？試?yán)L圖說(shuō)明。答：當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)上層導(dǎo)軌時(shí)，屏上的像反時(shí)針移動(dòng)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)軸的左側(cè)（圖1）；反之在轉(zhuǎn)軸的右側(cè)（圖2）。圖1圖22．第一主面靠近第一透鏡，第二主點(diǎn)靠近第二透鏡，在什么條件下才是對(duì)的？（光具組由二薄透鏡組成）答：當(dāng)即時(shí)，第一主面靠近第一透鏡，第二主點(diǎn)靠近第二透鏡。3．由一凸透鏡和一凹透鏡組成的光具組，如何測(cè)量其基點(diǎn)？（距離可自己設(shè)定）答：根據(jù)自己選定的，計(jì)算主點(diǎn)及焦點(diǎn)的大小，若焦點(diǎn)在光具組外，測(cè)量方法同實(shí)驗(yàn)所介紹方法相同。若焦點(diǎn)在光具組內(nèi)，則需增加一凸透鏡，使光具組內(nèi)焦點(diǎn)的像經(jīng)凸透鏡后成像在屏上，再改變光具組在上層導(dǎo)軌上的位置并使上層導(dǎo)軌饒回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)屏上的像點(diǎn)不動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸點(diǎn)的位置即節(jié)點(diǎn)位置，焦點(diǎn)的位置可根據(jù)凸透鏡的焦距和所測(cè)像距算出。實(shí)驗(yàn)二十棱鏡玻璃折射率的測(cè)定【預(yù)習(xí)題】1．為什么汞燈光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)三棱鏡以后會(huì)形成光譜？答：當(dāng)復(fù)合光入射三棱鏡以后，由于棱鏡的色散作用，不同波長(zhǎng)的光將被分散開來(lái)。汞燈光源是復(fù)合光源，所以它發(fā)出的光經(jīng)過(guò)三棱鏡以后就會(huì)形成光譜。2．怎樣用反射法測(cè)定棱鏡的頂角？答：反射法測(cè)定棱鏡的頂角即教材中所介紹的自準(zhǔn)直法。具體方法如下：將待測(cè)棱鏡置于分光計(jì)的載物臺(tái)上。固定望遠(yuǎn)鏡，點(diǎn)亮小燈照亮目鏡中的叉絲，旋轉(zhuǎn)棱鏡臺(tái)，使棱鏡的一個(gè)折射面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，用自準(zhǔn)直法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的光軸與此折射面嚴(yán)格垂直，即使十字叉絲的反射像和調(diào)整叉絲完全重合。如圖20-5所示，記錄刻度盤上兩游標(biāo)讀數(shù)；再轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤聯(lián)帶載物平臺(tái)，依同樣方法使望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于棱鏡第二個(gè)折射面，記錄相應(yīng)的游標(biāo)讀數(shù)；同一游標(biāo)兩次讀數(shù)之差等于棱鏡角A的補(bǔ)角：圖20-5自準(zhǔn)直法圖20-5自準(zhǔn)直法即棱鏡角，重復(fù)測(cè)量幾次，計(jì)算棱鏡角A的平均值和標(biāo)準(zhǔn)不確定度。3．何為最小偏向角？實(shí)驗(yàn)中如何確定最小偏向角？答：當(dāng)入射光線與折射光線左右對(duì)稱時(shí)，即當(dāng)，時(shí)，光線的偏向角最小，此角稱為最小偏向角，以表示。實(shí)驗(yàn)中將三棱鏡放置在調(diào)好的分光計(jì)載物臺(tái)上，放置時(shí)注意將棱鏡一底角對(duì)準(zhǔn)平行光管，眼睛從另一底角方向找到經(jīng)棱鏡折射后形成的譜線。然后慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡臺(tái)，緩慢改變?nèi)肷浣?譜線會(huì)向一方向移動(dòng)。當(dāng)棱鏡臺(tái)轉(zhuǎn)到某一位置，該譜線不再移動(dòng)，這時(shí)無(wú)論棱鏡臺(tái)向何方向轉(zhuǎn)動(dòng)，該譜線勻向相反方向移動(dòng)，這個(gè)譜線反向移動(dòng)的極限位置就是棱鏡對(duì)該譜線最小偏向角的位置。【思考題】