大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及思考題答案

實(shí)驗(yàn)一霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用【預(yù)習(xí)思考題】1．列出計(jì)算霍爾系數(shù)、載流子濃度n、電導(dǎo)率σ及遷移率μ的計(jì)算公式，并注明單位?；魻栂禂?shù)，載流子濃度，電導(dǎo)率，遷移率。2．如已知霍爾樣品的工作電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，如何判斷樣品的導(dǎo)電類型？以根據(jù)右手螺旋定則，從工作電流旋到磁感應(yīng)強(qiáng)度B確定的方向?yàn)檎?，若測(cè)得的霍爾電壓為正，則樣品為P型，反之則為N型。3．本實(shí)驗(yàn)為什么要用3個(gè)換向開(kāi)關(guān)？為了在測(cè)量時(shí)消除一些霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)的影響，需要在測(cè)量時(shí)改變工作電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，因此就需要2個(gè)換向開(kāi)關(guān)；除了測(cè)量霍爾電壓，還要測(cè)量A、C間的電位差，這是兩個(gè)不同的測(cè)量位置，又需要1個(gè)換向開(kāi)關(guān)。總之，一共需要3個(gè)換向開(kāi)關(guān)?！痉治鲇懻擃}】1．若磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面不完全正交，按式（5.2-5）測(cè)出的霍爾系數(shù)比實(shí)際值大還是?。恳獪?zhǔn)確測(cè)定值應(yīng)怎樣進(jìn)行？若磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面不完全正交，則測(cè)出的霍爾系數(shù)比實(shí)際值偏小。要想準(zhǔn)確測(cè)定，就需要保證磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面完全正交，或者設(shè)法測(cè)量出磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)法測(cè)量一個(gè)未知磁場(chǎng)時(shí)，測(cè)量誤差有哪些來(lái)源？誤差來(lái)源有：測(cè)量工作電流的電流表的測(cè)量誤差，測(cè)量霍爾器件厚度d的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器的測(cè)量誤差，測(cè)量霍爾電壓的電壓表的測(cè)量誤差，磁場(chǎng)方向與霍爾器件平面的夾角影響等。實(shí)驗(yàn)二聲速的測(cè)量【預(yù)習(xí)思考題】1.如何調(diào)節(jié)和判斷測(cè)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(jìn)行聲速測(cè)定？答：緩慢調(diào)節(jié)聲速測(cè)試儀信號(hào)源面板上的“信號(hào)頻率”旋鈕，使交流毫伏表指針指示達(dá)到最大（或晶體管電壓表的示值達(dá)到最大），此時(shí)系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，顯示共振發(fā)生的信號(hào)指示燈亮，信號(hào)源面板上頻率顯示窗口顯示共振頻率。在進(jìn)行聲速測(cè)定時(shí)需要測(cè)定駐波波節(jié)的位置，當(dāng)發(fā)射換能器S1處于共振狀態(tài)時(shí)，發(fā)射的超聲波能量最大。若在這樣一個(gè)最佳狀態(tài)移動(dòng)S1至每一個(gè)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(zhuǎn)變成電信號(hào)，晶體管電壓表會(huì)顯示出最大值。由數(shù)顯表頭讀出每一個(gè)電壓最大值時(shí)的位置，即對(duì)應(yīng)的波節(jié)位置。因此在系統(tǒng)處于共振的條件下進(jìn)行聲速測(cè)定，可以容易和準(zhǔn)確地測(cè)定波節(jié)的位置，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。2.壓電陶瓷超聲換能器是怎樣實(shí)現(xiàn)機(jī)械信號(hào)和電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的壓電材料制成。這種材料在受到機(jī)械應(yīng)力，發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，會(huì)發(fā)生極化，同時(shí)在極化方向產(chǎn)生電場(chǎng)，這種特性稱為壓電效應(yīng)。反之，如果在壓電材料上加交變電場(chǎng)，材料會(huì)發(fā)生機(jī)械形變，這被稱為逆壓電效應(yīng)。聲速測(cè)量?jī)x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(yīng)，壓電陶瓷環(huán)片在交變電壓作用下，發(fā)生縱向機(jī)械振動(dòng)，在空氣中激發(fā)超聲波，把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成了聲信號(hào)。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(yīng)，空氣的振動(dòng)使壓電陶瓷環(huán)片發(fā)生機(jī)械形變，從而產(chǎn)生電場(chǎng)，把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)。【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(diǎn)的振幅。當(dāng)聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，媒質(zhì)中的壓強(qiáng)也隨著時(shí)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(shí)，來(lái)不及和外界交換熱量，可近似看作是絕熱過(guò)程。氣體做絕熱膨脹，則壓強(qiáng)減?。蛔鼋^熱壓縮，則壓強(qiáng)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(shí)，聲壓和6．有附加光程差d0,空氣膜上下表面的光程差=2dk+d0+,產(chǎn)生k級(jí)暗環(huán)時(shí),=(2k+1)/2，k=0,1,2…,暗環(huán)半徑rk=；則Dm2=(m—d0)R，Dn2=(n—d0)R，R=?！痉治鲇懻擃}】1．把待測(cè)表面放在水平放置的標(biāo)準(zhǔn)的平板玻璃上，用平行光垂直照射時(shí)，若產(chǎn)生牛頓環(huán)現(xiàn)象，則待測(cè)表面為球面；輕壓待測(cè)表面時(shí)，環(huán)向中心移動(dòng)，則為凸面；若環(huán)向中心外移動(dòng)，則為凹面。2．牛頓環(huán)法測(cè)透鏡曲率半徑的特點(diǎn)是：實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，直觀且精度高。3．參考答案若實(shí)驗(yàn)中第35個(gè)暗環(huán)的半徑為a,其對(duì)應(yīng)的實(shí)際級(jí)數(shù)為k,a2=kRk==2d35++d0=(2k+1)(k=0,1,2…)d=實(shí)驗(yàn)七傳感器專題實(shí)驗(yàn)電渦流傳感器【預(yù)習(xí)思考題】1．電渦流傳感器與其它傳感器比較有什么優(yōu)缺點(diǎn)？這種傳感器具有非接觸測(cè)量的特點(diǎn)，而且還具有測(cè)量范圍大、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是電渦流位移傳感器只能在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。2．本試驗(yàn)采用的變換電路是什么電路。本實(shí)驗(yàn)中電渦流傳感器的測(cè)量電路采用定頻調(diào)幅式測(cè)量電路。【分析討論題】1．若此傳感器僅用來(lái)測(cè)量振動(dòng)頻率，工作點(diǎn)問(wèn)題是否仍十分重要？我們所說(shuō)的工作點(diǎn)是指在振幅測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)，即傳感器線性區(qū)域的中間位置。若測(cè)量振幅時(shí)工作點(diǎn)選擇不當(dāng)，會(huì)使波形失真而造成測(cè)量的誤差或錯(cuò)誤。但僅測(cè)量頻率時(shí)波形失真不會(huì)改變其頻率值。所以，僅測(cè)量頻率時(shí)工作點(diǎn)問(wèn)題不是十分重要。2．如何能提高電渦流傳感器的線性范圍？一般情況下，被測(cè)體導(dǎo)電率越高，靈敏度越高，在相同的量程下，其線性范圍越寬線性范圍還與傳感器線圈的形狀和尺寸有關(guān)。線圈外徑大時(shí)，傳感器敏感范圍大，線性范圍相應(yīng)也增大，但靈敏度低；線圈外徑小時(shí)，線性范圍小，但靈敏度增大?？筛鶕?jù)不同要求，選取不同的線圈內(nèi)徑、外徑及厚度參數(shù)?；魻杺鞲衅鳌绢A(yù)習(xí)思考題】1．寫出調(diào)整霍爾式傳感器的簡(jiǎn)明步驟。（1）按圖6.2-6接線；（2）差動(dòng)放大器調(diào)零；（3）接入霍爾式傳感器，安裝測(cè)微頭使之與振動(dòng)臺(tái)吸合；（4）上下移動(dòng)測(cè)微頭±4mm，每隔0.5mm讀取相應(yīng)的輸出電壓值。2．結(jié)合梯度磁場(chǎng)分布，解釋為什么霍爾片的初始位置應(yīng)處于環(huán)形磁場(chǎng)的中間。在環(huán)形磁場(chǎng)的中間位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零。由霍爾式傳感器的工作原理可知，當(dāng)霍爾元件通以穩(wěn)定電流時(shí)，霍爾電壓UH的值僅取決于霍爾元件在梯度磁場(chǎng)中的位移x，并在零點(diǎn)附近的一定范圍內(nèi)存在近似線性關(guān)系。【分析討論題】1．測(cè)量振幅和稱重時(shí)的作用有何不同？為什么？測(cè)量振幅時(shí)，直接測(cè)量位移與電壓的關(guān)系。要求先根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出U~x關(guān)系曲線，標(biāo)出線性區(qū)，求出線性度和靈敏度。稱重時(shí)測(cè)量電壓與位移的關(guān)系，再換算成電壓與重量的關(guān)系。振動(dòng)臺(tái)作為稱重平臺(tái)，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(tái)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容２的示波器上觀察到的波形。交流激勵(lì)作用下其輸出～輸入特性與直流激勵(lì)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(shí)為一正弦波。若振幅太大，超出了其線性范圍，則波形會(huì)發(fā)生畸變。試驗(yàn)八鐵磁材料磁滯回線的測(cè)繪【預(yù)習(xí)思考題】1.測(cè)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(guò)程的不可逆性即具有剩磁的特點(diǎn)，在測(cè)定磁化曲線和磁滯回線時(shí)，首先必須對(duì)鐵磁材料預(yù)先進(jìn)行退磁，以保證外加磁場(chǎng)H=0時(shí)B=0。退磁的方法，從理論上分析，要消除剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br，只需要通以反向電流，使外加磁場(chǎng)正好等于鐵磁材料的矯頑力即可，但實(shí)際上矯頑力的大小通常并不知道，則無(wú)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(gè)大于（至少等于）原磁化場(chǎng)的交變磁場(chǎng)（本實(shí)驗(yàn)中順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)“U選擇”旋鈕，令U從0依次增至3V），鐵磁材料的磁化過(guò)程是一簇逐漸擴(kuò)大的磁滯回線。然后逐漸減小外加磁場(chǎng)，（本實(shí)驗(yàn)中逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，將U從最大值依次降為0），則會(huì)出現(xiàn)一簇逐漸減小而最終趨向原點(diǎn)的磁滯回線。當(dāng)外加磁場(chǎng)H減小到零時(shí)，鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B亦同時(shí)降為零，即達(dá)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(diǎn)是：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，磁滯損耗小，磁滯回線呈長(zhǎng)條狀；硬磁材料的特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)通過(guò)什么方法獲得H和B兩個(gè)磁學(xué)量？簡(jiǎn)述其基本原理。答：本實(shí)驗(yàn)采用非電量電測(cè)技術(shù)的參量轉(zhuǎn)換測(cè)量法，將不易測(cè)量的磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為易于測(cè)量的電學(xué)量進(jìn)行測(cè)定。按測(cè)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(shí)利用示波器測(cè)繪出基本磁化曲線和磁滯回線上某些點(diǎn)的UH和UB值。根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場(chǎng)強(qiáng)為(L為樣品的平均磁路)根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律，樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時(shí)值由以上兩個(gè)公式可將測(cè)定的UH和UB值轉(zhuǎn)換成H和B值，并作出H~B曲線?！緦?shí)驗(yàn)儀器】2.鐵磁材料的磁化過(guò)程是可逆過(guò)程還是不可逆過(guò)程？用磁滯回線來(lái)解釋。答：鐵磁材料的磁化過(guò)程是不可逆過(guò)程。鐵磁材料在外加磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H與鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是非線性關(guān)系。當(dāng)磁場(chǎng)H從零開(kāi)始增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨之以曲線上升，當(dāng)H增加到Hm時(shí)，B幾乎不再增加，達(dá)到飽和值Bm，從O到達(dá)飽和狀態(tài)這段B-H曲線，稱為起始磁化曲線。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H從Hm減小時(shí)，鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)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(dāng)H下降為零時(shí)，B不為零，仍保留一定的剩磁Br，使磁場(chǎng)反向增加到-Hc時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B下降為零。繼續(xù)增加反向磁場(chǎng)到-Hm，后逐漸減小反向磁場(chǎng)直至為零，再加上正向磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度H從Hm減小到零時(shí)的退磁曲線與磁場(chǎng)H從零開(kāi)始增加到Hm時(shí)的起始磁化曲線不重合，說(shuō)明退磁過(guò)程不能重復(fù)起始磁化過(guò)程的每一狀態(tài)，所以鐵磁材料的磁化過(guò)程是不可逆過(guò)程。實(shí)驗(yàn)九用動(dòng)態(tài)法測(cè)定金屬棒的楊氏模量【預(yù)習(xí)思考題】1．試樣固有頻率和共振頻率有何不同，有何關(guān)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(gè)不同的概念，它們之間的關(guān)系為：式中Q為試樣的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。一般懸掛法測(cè)楊氏模量時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(cè)試前根據(jù)試樣的材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量，通過(guò)（5.7-3）式估算出共振頻率的數(shù)值，在上述頻率附近尋找?！痉治鲇懻擃}】1．測(cè)量時(shí)為何要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點(diǎn)附近？理論推導(dǎo)時(shí)要求試樣做自由振動(dòng)，應(yīng)把線吊扎在試樣的節(jié)點(diǎn)上，但這樣做就不能激發(fā)試樣振動(dòng)。因此，實(shí)際吊扎位置都要偏離節(jié)點(diǎn)。偏離節(jié)點(diǎn)越大，引入的誤差就越大。故要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點(diǎn)附近。2．如何判斷銅棒發(fā)生了共振?可根據(jù)以下幾條進(jìn)行判斷：（1）換能器或懸絲發(fā)生共振時(shí)可通過(guò)對(duì)上述部件施加負(fù)荷(例如用力夾緊)，可使此共振信號(hào)變小或消失。（2）發(fā)生共振時(shí)，迅速切斷信號(hào)源，觀察示波器上李薩如圖形變化情況，若波形由橢圓變成一條豎直亮線后逐漸衰減成為一個(gè)亮點(diǎn)，即為試樣共振頻率。（3）試樣發(fā)生共振需要一個(gè)孕育的過(guò)程，切斷信號(hào)源后信號(hào)亦會(huì)逐漸衰減，它的共振峰寬度較窄，信號(hào)亦較強(qiáng)。試樣共振時(shí)，可用尖嘴鑷子縱向輕碰試樣，這時(shí)會(huì)按圖5.7-1的規(guī)律發(fā)現(xiàn)波腹、波節(jié)。（4）在共振頻率附近進(jìn)行頻率掃描時(shí)，共振頻率兩側(cè)信號(hào)相位會(huì)有突變導(dǎo)致李薩如圖形在Y軸左右明顯擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.是否可以測(cè)擺動(dòng)一次的時(shí)間作周期值？為什么？答：不可以。因?yàn)橐淮螠y(cè)量隨機(jī)誤差較大，多次測(cè)量可減少隨機(jī)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，討論此時(shí)三線擺的周期和空載時(shí)的周期相比是增大、減小還是不一定？說(shuō)明理由。答：當(dāng)兩個(gè)圓盤的質(zhì)量為均勻分布時(shí)，與空載時(shí)比較，擺動(dòng)周期將會(huì)減小。因?yàn)榇藭r(shí)若把兩盤看成為一個(gè)半徑等于原下盤的圓盤時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于質(zhì)量與此相等的同直徑的圓盤，根據(jù)公式(3-1-5)，擺動(dòng)周期T0將會(huì)減小。3.三線擺在擺動(dòng)中受空氣阻尼，振幅越來(lái)越小，它的周期是否會(huì)變化？對(duì)測(cè)量結(jié)果影響大嗎？為什么？答：周期減小，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)測(cè)量的時(shí)間比較短。實(shí)驗(yàn)2金屬絲彈性模量的測(cè)量1.光杠桿有什么優(yōu)點(diǎn)，怎樣提高光杠桿測(cè)量的靈敏度?答：優(yōu)點(diǎn)是：可以測(cè)量微小長(zhǎng)度變化量。提高放大倍數(shù)即適當(dāng)?shù)卦龃髽?biāo)尺距離D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，因?yàn)楣飧軛U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(duì)著目鏡上、下移動(dòng)，若望遠(yuǎn)鏡十字叉絲的水平線與標(biāo)尺的刻度有相對(duì)位移，這種現(xiàn)象叫視差，細(xì)調(diào)調(diào)焦手輪可消除視差。3.為什么要用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?答：逐差法是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的一種基本方法，實(shí)質(zhì)就是充分利用實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，減少隨機(jī)誤差，具有對(duì)數(shù)據(jù)取平均的效果。因?yàn)閷?duì)有些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，若簡(jiǎn)單的取各次測(cè)量的平均值，中間各測(cè)量值將全部消掉，只剩始末兩個(gè)讀數(shù)，實(shí)際等于單次測(cè)量。為了保持多次測(cè)量的優(yōu)越性，一般對(duì)這種自變量等間隔變化的情況，常把數(shù)據(jù)分成兩組，兩組逐次求差再算這個(gè)差的平均值。實(shí)驗(yàn)3隨即誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律1.什么是統(tǒng)計(jì)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(duì)某一物理量在相同條件下做n次重復(fù)測(cè)量，得到一系列測(cè)量值，找出它的最大值和最小值，然后確定一個(gè)區(qū)間，使其包含全部測(cè)量數(shù)據(jù)，將區(qū)間分成若干小區(qū)間，統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)在各小區(qū)間的頻數(shù)M，以測(cè)量數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)M為縱坐標(biāo)，劃出各小區(qū)間及其對(duì)應(yīng)的頻數(shù)高度，則可得到一個(gè)矩形圖，即統(tǒng)計(jì)直方圖。如果測(cè)量次數(shù)愈多，區(qū)間愈分愈小，則統(tǒng)計(jì)直方圖將逐漸接近一條光滑的曲線，當(dāng)n趨向于無(wú)窮大時(shí)的分布稱為正態(tài)分布，分布曲線為正態(tài)分布曲線。2.如果所測(cè)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(huì)差異很大?答：（不會(huì)有很大差距，根據(jù)隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的特點(diǎn)規(guī)律，我們知道當(dāng)測(cè)量次數(shù)比較大時(shí)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)取和求平均，正負(fù)誤差幾乎相互抵消，各誤差的代數(shù)和趨于零。實(shí)驗(yàn)7電表的改裝與測(cè)量(1)校正電流表時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)改裝的毫安表讀數(shù)總是高于標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(huì)分得更多的電流，從而使流過(guò)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(shí)，如果發(fā)現(xiàn)改裝的電壓表讀數(shù)總是低于標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(guò)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(cè)電阻時(shí)，如果表頭指針正好指在表盤標(biāo)度尺的中心，則這時(shí)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(shí)電路中電流為I，根據(jù)題意，當(dāng)表內(nèi)阻為Rg、待測(cè)電阻為Rx時(shí)，根據(jù)歐姆表工作原理，當(dāng)待測(cè)電阻Rx＝0時(shí)，即，因而可得Rx＝Rg。所以，歐姆表顯示測(cè)讀數(shù)即為該歐姆表的內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)8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(hào)軌跡？答：在模擬示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上加的是被觀測(cè)信號(hào)電壓，而在水平偏轉(zhuǎn)板上加的是鋸齒波（時(shí)間線性變化）信號(hào)電壓，所以示波器的示波管的橫軸相當(dāng)于直角坐標(biāo)的時(shí)間軸，經(jīng)過(guò)一個(gè)鋸齒波信號(hào)周期，電子束便在示波管的熒光屏上描繪出被觀測(cè)信號(hào)的波形的一段軌跡。當(dāng)鋸齒波信號(hào)的周期大于或等于周期性觀測(cè)信號(hào)的周期且與其相位鎖定時(shí)（同步），電子束便在示波管的熒光屏上描繪出被觀測(cè)信號(hào)的波形的同一段軌跡，由于人眼的視覺(jué)暫留和熒光屏的余輝，便可以觀測(cè)到信號(hào)的波形。(2)在本實(shí)驗(yàn)中，觀察李薩如圖形時(shí)，為什么得不到長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的圖形？答：因?yàn)镃H1與CH2輸入的是兩個(gè)完全不相關(guān)的信號(hào)，它們的位相差難以保持恒定，所以得不到長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定波形。(3)假定在示波器的Y軸輸入一個(gè)正弦信號(hào)，所用的水平掃描頻率為120Hz，在熒光屏上出現(xiàn)三個(gè)穩(wěn)定完整的正弦波形，那么輸入信號(hào)的頻率是什么？這是否是測(cè)量信號(hào)頻率的好方法？為何？答：輸入信號(hào)的頻率是360Hz。這種方法不是測(cè)量信號(hào)頻率的好方法，因?yàn)橛么朔椒y(cè)量的頻率精確度低。(4)示波器的掃描頻率遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于輸入正弦信號(hào)的頻率時(shí)，屏上的圖形是什么情況？答：掃描頻率遠(yuǎn)小于輸入正弦信號(hào)頻率時(shí)，出現(xiàn)圖形是密集正弦波；掃描頻率遠(yuǎn)大于輸入正弦信號(hào)頻率時(shí)，一個(gè)周期的信號(hào)波形將會(huì)被分解成數(shù)段，顯示的圖形將會(huì)變成網(wǎng)狀交叉線。實(shí)驗(yàn)9自組電橋測(cè)電阻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(kāi)關(guān)、檢流計(jì)橋臂電阻組成。平衡條件是Rx=(R1/R2)R3。2.若待測(cè)電阻Rx的一個(gè)頭沒(méi)接(或斷頭)，電橋是否能調(diào)平衡?為什么?答：不能，Rx沒(méi)接（或斷頭），電路將變?yōu)樯蠄D所示，A、C及C、D間總有電流，所以電橋不能調(diào)平。3.下列因素是否會(huì)使電橋誤差增大?為什么?(1)電源電壓不太穩(wěn)定；(2)檢流計(jì)沒(méi)有調(diào)好零點(diǎn)；(3)檢流計(jì)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(wú)關(guān)，則電源電壓不太穩(wěn)定基本不會(huì)使電橋誤差增大。(2）若檢流計(jì)沒(méi)有調(diào)好零點(diǎn)，當(dāng)其指針指零時(shí)檢流計(jì)中電流不為零，即電橋沒(méi)有達(dá)到平衡正態(tài)，此時(shí)的測(cè)量讀數(shù)中將會(huì)含有較大誤差甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤讀數(shù)；（3）檢流計(jì)分度值大時(shí)會(huì)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(huì)使電橋誤差增大，因電橋的靈敏度與電源電壓成正比；（5）對(duì)高電阻不會(huì)，當(dāng)被測(cè)電阻的阻值很高時(shí)導(dǎo)線電阻可以忽略。4.為了能更好地測(cè)準(zhǔn)電阻，在自組電橋時(shí)，假如要測(cè)一個(gè)約1.2kΩ的電阻，應(yīng)該考慮哪些因素?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(jì)的分度值。電源電壓取6V，R1，R2取1000Ω，檢流計(jì)取1.5級(jí)。實(shí)驗(yàn)10用電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)1.按圖3-10-4聯(lián)好電路做實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)不管如何調(diào)動(dòng)a頭和b頭，檢流計(jì)G的指針總指零，或總不指零，兩種情況的可能原因各有哪些?答：總指零的原因：測(cè)量回路斷路?？偛恢噶愕脑颍孩貳和Ex極性不對(duì)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(gè)。2.用電位差計(jì)可以測(cè)定電池的內(nèi)阻，其電路如圖所示，假定工作電池E＞Ex，測(cè)試過(guò)程中Rc調(diào)好后不再變動(dòng)，Rx是個(gè)準(zhǔn)確度很高的電阻箱。R是一根均勻的電阻絲。L1、L2分別為Kx斷開(kāi)和接通時(shí)電位差計(jì)處于補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)電阻絲的長(zhǎng)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(zhǎng)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]Rx3.用箱式電位差計(jì)可以測(cè)定電阻或校準(zhǔn)電流表。在圖3-10-7(a)中，A是待校準(zhǔn)電流表，Rx是待測(cè)定的電阻，R0是可調(diào)的準(zhǔn)確度很高的電阻箱，其值可直接讀出，圖(b)是UJ37箱式電位差計(jì)。怎樣才能把Rx測(cè)算出來(lái)?A表如何校正?答：測(cè)量電阻Rx①調(diào)整可變精密電阻箱R0（作標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)接Ex(+)，2點(diǎn)接Ex(-)，測(cè)出Vx(Rx兩端的電位差)。③將2點(diǎn)接Ex(+)，3點(diǎn)接Ex(-)，保持電流不變，測(cè)出V0(R0兩端的電位差)。④因Rx和R0通過(guò)的電流相同，故：Rx=(Vx/V0)R0校準(zhǔn)電流表①將3點(diǎn)接Ex(-)，2點(diǎn)接Ex(+),調(diào)整R0，使電流表A指示第一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。測(cè)出R0兩端的電位差V1，得第一校準(zhǔn)點(diǎn)的電流I1(I1=V1/R0)。②同法測(cè)出同一校準(zhǔn)點(diǎn)的電流I2,I3,……。③作出校準(zhǔn)曲線。4.如圖3-10-4所示的電位差計(jì)，由A到B是11m長(zhǎng)的電阻絲，若設(shè)a=0.1V/m，11m長(zhǎng)的電壓降是1.1V，用它測(cè)僅幾毫伏的溫差電動(dòng)勢(shì)，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(zhǎng)的電阻絲AB上串接了兩個(gè)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(jì)AB(11m)電阻絲上的a=0.1mV/m，試問(wèn)R1+R2的電阻值應(yīng)取多少?若標(biāo)準(zhǔn)電池E0的電動(dòng)勢(shì)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(jì)單位長(zhǎng)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＝999r②當(dāng)R2I=E0時(shí)，R1為最小，即R1=R1min，此時(shí)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(shí)有R1I+E0=1.1。所以R1max=(1.1-E0)/I=74r實(shí)驗(yàn)11超聲波聲速的測(cè)量1.示波器在使用過(guò)程中熒光屏上只有一條水平亮線而沒(méi)有被測(cè)信號(hào)是什么原因造成的?答：在示波器的使用過(guò)程中，上述現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的原因很多，大致可歸納:a.示波器接地（GND)(測(cè)量時(shí)接地按鍵GND應(yīng)該彈起)；b.衰減開(kāi)關(guān)VOLTS/DIV選擇過(guò)大（測(cè)量時(shí)可先選擇小些）；c.信號(hào)發(fā)生器輸出過(guò)小或沒(méi)有輸出；d.信號(hào)發(fā)生器輸出直流信號(hào)；d.在信號(hào)的傳輸中，導(dǎo)線或接頭接觸不良，也可造成該現(xiàn)象；e.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，影響的因素很多，要求使用者在使用前一定認(rèn)真閱讀教材。2.在測(cè)量聲速時(shí)，Y1(CH1)的輸入信號(hào)，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相同，這對(duì)于觀察測(cè)量聲波波長(zhǎng)有無(wú)影響?為什么?答：沒(méi)有影響。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)是波在傳播過(guò)程中位相差為2π的兩點(diǎn)間的距離，與該處位相無(wú)關(guān)，所以無(wú)影響。3.試比較幾種測(cè)聲速方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：實(shí)驗(yàn)講義上共列出了三種測(cè)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(shuō)來(lái)，李薩如圖相位比較法測(cè)量的比較準(zhǔn)，同時(shí)便于對(duì)知識(shí)的溫新和鞏固，對(duì)于示波器的使用以及學(xué)生動(dòng)手能力和思考問(wèn)題的培養(yǎng)，不失是一種較好的途徑，但操作比較繁；對(duì)于共振法，判斷相對(duì)要困難一些，所以測(cè)量誤差一般要大一些，但可以直觀地了解共振現(xiàn)象；而波形相位比較法比的現(xiàn)象較直觀，可操作性強(qiáng)，只是相位判別不如李薩如圖相位比較法準(zhǔn)確，但只要認(rèn)真操作，誤差也不會(huì)太大。實(shí)驗(yàn)12全息照相1.全息照像有哪些重要特點(diǎn)?答：全息照相是利用光波的干涉和衍射原理，將物體“發(fā)出”的特定波前（同時(shí)包括振幅和位相）以干涉條紋的形式記錄下來(lái)，然后在一定條件下，利用衍射再現(xiàn)原物體的立體像。全息照相必須分兩步進(jìn)行：（1）物體全息圖的記錄過(guò)程；（2）立體物像的再現(xiàn)過(guò)程。2.全息底片和普通照像底片有什么區(qū)別?答：（1）全息照相能夠把物光波的全部信息（即振幅和相位）全部記錄下來(lái)，而普通照相只能記錄物光波的強(qiáng)度（既振幅），因此，全息照片能再現(xiàn)出與原物體完全相同的立體圖象。（2）由于全息照片上的每部分都包含了被攝物體上每一點(diǎn)的光波信息，所以，它具有可分割性，即全息照片的每一部分都可以再現(xiàn)出原物體的立體圖象。（3）在同一張全息底片上，可以采用不同的角度多次拍攝不同的物體，再現(xiàn)時(shí)，在不同的衍射方向上能夠互不干擾地觀察到每個(gè)物體的立體圖象。3.為什么安裝底片后要靜止一段時(shí)間，才能進(jìn)行曝光?答：為了減少震動(dòng)，提高拍攝質(zhì)量，減震是全息照相的一項(xiàng)重要措施，要保證照相質(zhì)量，光路中各元器件的相對(duì)位移量要限制在<λ/2范圍內(nèi)。5.普通照像在沖洗底片時(shí)是在紅光下進(jìn)行的，全息照像沖洗底片時(shí)為什么必須在綠光甚至全黑下進(jìn)行?答：因?yàn)槿⒏砂逋坑袑?duì)紅光敏感的感光材料，所以沖洗底片時(shí)必須在綠光甚至全黑下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)13光電效應(yīng)1.臨界截止電壓與照度有什么關(guān)系?從實(shí)驗(yàn)中所得的結(jié)論是否同理論一致?如何解釋光的波粒二象性?答：臨界截止電壓與照度無(wú)關(guān)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論相符。光具有干涉、衍射的特性，說(shuō)明光具有撥動(dòng)性。從光電效應(yīng)現(xiàn)象上分析，光又具有粒子性，由愛(ài)因斯坦方程來(lái)描述：hν=(1/2)mv2max+A2.可否由Us′ν曲線求出陰極材料的逸出功?答可以。由愛(ài)因斯坦方程hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e和普朗克常數(shù)，還可以求出截距（h/e)υo，再由截距求出光電管陰極材料的紅限υo，從而求出逸出功A=hυo。實(shí)驗(yàn)14邁克爾遜干涉儀1.這里觀察到的環(huán)形干涉條紋，從外觀上看，與牛頓環(huán)有哪些相似之處?從產(chǎn)生的原因和由內(nèi)向外級(jí)次的變化來(lái)看有何不同?答：從外觀上看都是同心園環(huán)，而牛頓環(huán)是等厚干涉，這里是等傾干涉，牛頓環(huán)是低級(jí)次的干涉條紋在中心，越外級(jí)次越高，而邁氏干涉正相反。2.在M1如圖3-14-4所示的移動(dòng)過(guò)程中，將看到條紋的疏密和運(yùn)動(dòng)情況有何變化?答：從密到疏，從疏到密，從條紋向環(huán)心縮進(jìn)到從環(huán)心向外涌出。3.白光照射下，M1在G1和M2′之間并逐漸向M2′移動(dòng)過(guò)程中，能否觀察到彩色干涉條紋?可否用這種做法來(lái)測(cè)量薄膜厚度?為什么?答：能觀察到，但是在實(shí)際測(cè)量中，一般不采用這種做法，原因是對(duì)初學(xué)者而言，由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)等因素，非常容易產(chǎn)生回程誤差，給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)影響。實(shí)驗(yàn)15薄透鏡焦距的測(cè)量1.你認(rèn)為三種測(cè)量凸透鏡焦距的方法，哪種最好?為什么?答：共軛法最好，因?yàn)檫@個(gè)方法把焦距的測(cè)量歸結(jié)為對(duì)可以精確測(cè)定的量L和e的測(cè)量，避免了在測(cè)量u和v時(shí)，由于估計(jì)透鏡光心位置不準(zhǔn)確所帶來(lái)的誤差。2.由推導(dǎo)出共軛法測(cè)f的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)合成不確定度傳遞公式。根據(jù)實(shí)際結(jié)果，試說(shuō)明uB(L)、uB(e)、uA(e)哪個(gè)量對(duì)最后結(jié)果影響最大?為什么?由此你可否得到一些對(duì)實(shí)驗(yàn)具有指導(dǎo)性意義的結(jié)論?答：uA(L)對(duì)最后結(jié)果影響最大，因?yàn)長(zhǎng)為單次測(cè)量量。對(duì)O1、O2的