大學(xué)物理實驗教程預(yù)習(xí)思考題-分析討論題答案

大學(xué)物理實驗教程預(yù)習(xí)思考題,分析討論題答案

大學(xué)物理實驗第一季

1.用電流場模擬靜電場的理論依據(jù)是什么模擬的條件是什么

用電流場模擬靜電場的理論依據(jù)是：對穩(wěn)恒場而言，微分方程及邊界條件唯一地

決定了場的結(jié)構(gòu)或分布，若兩種場滿足相同的微分方程及邊界條件，則它們的結(jié)

構(gòu)也必然相同，靜電場與模擬區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)恒電流場具有形式相同的微分方程，只

要使他們滿足形式相同的邊界條件，則兩者必定有相同的場結(jié)構(gòu)。模擬的條件是:

穩(wěn)恒電流場中的電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；穩(wěn)恒電

流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻，并滿足。極介以保證電流

場中的電極（良導(dǎo)體）的表面也近似是一個等勢面；模擬所用電極系統(tǒng)與被模擬

電極系統(tǒng)的邊界條件相同。

2.等勢線和電場線之間有何關(guān)系

等勢線和電場線處處相互垂直。

3.在測繪電場時，導(dǎo)電微晶邊界處的電流是如何流動的此處的電場線和等勢線

與邊界有什么關(guān)系它們對被測繪的電場有什么影響

在測繪電場時，導(dǎo)電微晶邊界處的電流為0。此處的電場線垂直于邊界，而等勢

線平行于邊界。這導(dǎo)致被測繪的電場在近邊界處受邊界形狀影響產(chǎn)生變形，不能

表現(xiàn)出電場在無限空間中的分布特性。

【分析討論題】

1.如果電源電壓增大一倍，等勢線和電場線的形狀是否發(fā)生變化電場強度和電

勢分布是否發(fā)生變化為什么

如果電源電壓增大一倍，等勢線和電場線的形狀沒有發(fā)生變化，但電場強度增強,

電勢的分布更為密集。因為邊界條件和導(dǎo)電介質(zhì)都沒有變化，所以電場的空間分

布形狀就不會變化，等勢線和電場線的形狀也就不會發(fā)生變化，但兩電極間的電

勢差增大，等勢線的分布就更為密集，相應(yīng)的電場強度就會增加。

2.在測繪長直同軸圓柱面的電場時，什么因素會使等勢線偏離圓形

測繪長直同軸圓柱面的電場時測到的等勢線偏離圓形，可能的原因有：電極形狀

偏離圓形，導(dǎo)電介質(zhì)分布不均勻，測量時的偶然誤差等等。

3.從對長直同軸圓柱面的等勢線的定量分析看，測得的等勢線半徑和理論值相

比是偏大還是偏小有哪些可能的原因?qū)е逻@樣的結(jié)果

⑴偏大，可能原因有電極直徑測量偏大，外環(huán)電吸表面有氧化層產(chǎn)生附加電阻，

電壓標(biāo)示器件顯示偏大等；⑵偏小，可能原因有電極直徑測量偏小，中心電極表

面有氧化層產(chǎn)生附加電阻，電壓標(biāo)示器件顯示偏小等。

3.分光計【預(yù)習(xí)思考題】

1.分光計由哪幾部分組成，各部分的作用是什么

答：分光計由平行光管、望遠(yuǎn)鏡、載物臺和讀數(shù)裝置四部分組成。

(1)平行光管用來提供平行入射光。

(2)望遠(yuǎn)鏡用來觀察和確定光束的行進(jìn)方向。

(3)載物臺用來放置光學(xué)元件。

(4)讀數(shù)裝置用來測量望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動的角度。

2.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于儀器中心軸的標(biāo)志是什么

答：通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的字像都與分劃板上“”形叉絲

的上十字重合。

3.“+”字像、狹縫像不清晰分別如何調(diào)整

答：(1)字像不清晰說明分劃板沒有位于物鏡的焦平面上，應(yīng)松開目鏡緊鎖

螺釘，前后伸縮叉絲分劃板套筒，使"+”字像清晰并做到當(dāng)眼睛左右移動時，

字像與叉絲分劃板無相對移動，然后鎖緊目鏡緊鎖螺釘。

(2)狹縫像不清晰說明狹縫沒有位于平行光管準(zhǔn)直透鏡的焦平而上，應(yīng)松開狹

縫緊鎖螺釘\前后伸縮狹縫套筒，當(dāng)在已調(diào)焦無窮遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡目鏡中清晰地看到

邊緣銳利的狹縫像時，然后鎖緊狹縫緊鎖螺釘。

【分析討論題】

1.當(dāng)通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的字像處于"”形又絲的上十

字上下對稱位置時，說明望遠(yuǎn)鏡和載物臺哪部分沒調(diào)好當(dāng)通過目鏡觀察到雙面

鏡正反兩面反射回來的字像處于叉絲分劃板同i水平位置時，說明望遠(yuǎn)鏡和

載物臺哪部分沒調(diào)好應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)

答：（1）當(dāng)通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像處于“”形又絲的

上十字上下對稱位置時，說明載物臺沒調(diào)好，望遠(yuǎn)鏡已水平。應(yīng)調(diào)載物臺下調(diào)平

螺釘b或C,使雙面鏡正反兩面反射回來的字像都與分劃板上“”形叉絲的上

十字重合。

（2）當(dāng)通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像處于叉絲分劃板同一

水平位置時，說明望遠(yuǎn)鏡不水平，雙面鏡鏡面法線己水平。應(yīng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡傾角螺

釘，使雙面鏡正反兩面反射回來的字像都與分劃板上““形叉絲的上十字重合。

2.如何用反射法（一束平行光由三棱鏡的頂角入射，在兩光學(xué)面上分成兩束平

行光）測三棱鏡的頂角

解：如圖所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱鏡頂角上，分別射向三棱

鏡的兩個光學(xué)面AB和AC,并分別被反射。由反射反射法光路圖

定律和幾何關(guān)系可證明反射光線1、2的夾角與棱鏡頂角關(guān)系為

先使望遠(yuǎn)鏡接收光線1,記下兩個角游標(biāo)的讀數(shù)和，然后，再轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使望

遠(yuǎn)鏡接收光線2,記下兩個角標(biāo)讀數(shù)和，兩次讀數(shù)相減即得

4.靈敏電流計特性研究

【預(yù)習(xí)思考題】

1.敘述電流常數(shù)的物理意義。為什么使用靈敏電流計作定量測量時需測定電流

常數(shù)

答：靈敏電流計的電流常數(shù)（分度值），是由靈敏電流計本身結(jié)構(gòu)決定的一個常

數(shù)，表示“光指針”每偏轉(zhuǎn)單位長度（此處為一個最小分度）所需的電流，單位是

A/div.

其工作原理主要是利用過阻尼狀態(tài)，即當(dāng)R外較?。≒較大）時，電磁阻尼力矩

M阻較大，此時線圈將緩慢地趨向平衡位置。

4.試分析本實驗的主要誤差來源，。

答：造成實驗誤差的原因有以下幾處。（1）電流計中Ig與光斑移動距離x不成正

比；2）電流計靈敏閾過大，造成指示不靈敏（當(dāng)電阻箱數(shù)值變化AR2不夠大時，

觀察不到電流計的電流變化AI。因為由AR2引起的偏轉(zhuǎn)格數(shù)變化一定要大

于格，否則人眼很難分辨出d是否有變化）；（3）可變電阻R2不準(zhǔn)；（4）電源電

壓不穩(wěn)；（5）伏特表讀數(shù)不準(zhǔn)。

5.用惠斯通電橋測電阻的溫度系數(shù)

【預(yù)習(xí)思考題】

1.電橋的平衡與工作電流I的大小有關(guān)嗎為什么

答：電橋的平衡與工作電流I的大小無關(guān)。電橋接通后，一般在橋路上應(yīng)有電流

流過，檢流計的指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。適當(dāng)調(diào)節(jié)RI、R2、Rs的值，使檢流計中的電

流但等于零，指針應(yīng)指在零位，這時電橋達(dá)到了平衡。電橋達(dá)到平衡后應(yīng)滿足:

11=12Ix=IsUAB=UADUBC=UDC

即則——電橋的平衡條件

由電橋的平衡條件可知，電橋的平衡與工作電流I的大小無關(guān)。

2.在調(diào)節(jié)比較臂電阻Rs使電橋平衡的過程中，若電流計相鄰兩次偏轉(zhuǎn)方向相同

或相反，各說明什么問題下一步應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)Rs,才能盡快使電橋平衡

答：電橋面板右上方為依次相差10倍的四個讀數(shù)盤，聯(lián)合使用，共同表示比較

臂電阻Rs的值。在調(diào)節(jié)比較臂電阻Rs,使電橋平衡的過程中，若電流計相鄰兩

次偏轉(zhuǎn)方向相同，且指針的擺幅減小或擺速減慢，說明該讀數(shù)盤調(diào)整的方向正確,

下一步應(yīng)繼續(xù)沿這個方向調(diào)整該盤；若電流計相鄰兩次偏轉(zhuǎn)方向相反，說明該讀

數(shù)盤數(shù)值調(diào)過了，需要倒回一擋，然后調(diào)整減小10倍的另一讀數(shù)盤。這樣依次

調(diào)整，直至電橋達(dá)到平衡。

【分析討論題】

1.若電橋內(nèi)所用干電池已使用很久，你認(rèn)為會影響測量的準(zhǔn)確度嗎為什么

答：若電橋內(nèi)所用干電池已使用很久，會影響測量的準(zhǔn)確度。電橋的靈敏程度直

接影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。電橋的靈敏度愈高，測量誤差愈小。提高電橋靈敏

度是減小測量誤差的一個重要方法。在電橋偏離平衡時，應(yīng)用基爾霍夫定律，可

以推導(dǎo)出電橋靈敏度為

其中8為電源電動勢。由上式可以看出電橋靈敏度和電源電動勢的大小有關(guān)，干

電池使用久了，電源電動勢減小，會降低電橋的靈敏度，影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.QJ23型電橋中按鈕和"G"的作用是什么應(yīng)按怎樣的順序操作為什么

答：QJ23型電橋面板的右下方處，B和G是兩個按鈕開關(guān)，分別控制電源回路

和檢流計回路。測量時B、G開關(guān)應(yīng)采用點接法。接通電路時，應(yīng)先按下B,再

按G；斷開時，先斷G,再斷B。按這樣的順序操作，是為了保護(hù)檢流計，以免

在電源接通和斷開時產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流，而造成檢流計的損壞。

6.預(yù)習(xí)思考題

1.光電池在工作時為什么要處于零偏或反偏

硅光電池負(fù)載為零時，短路電流在相當(dāng)大的范圍由與光照度成線性關(guān)系；而開路

電壓與光照度的關(guān)系，顯非線性。因此，由實驗知，負(fù)載電阻愈小，光電流與照

度之間線性關(guān)系愈好。且線性范圍寬。光功率計中的內(nèi)部電路，須達(dá)到在待測量

光照度的范圍內(nèi)，其等效電阻大小達(dá)到規(guī)定小的要求。

2.光電池對入射光的波長有何要求

光子能量公式E=hv中，一般頻率高的能量比較大，所以以能在金屬板上打出電

子的前提下，波長越短越好的。

分析討論題

2.當(dāng)單個光電池外加負(fù)載時，其兩端產(chǎn)生的光狀電壓為何不會超過伏

當(dāng)單個光電池生產(chǎn)出來后它的電動勢就確定了，而且光電池的內(nèi)阻較大，當(dāng)加

負(fù)載后內(nèi)阻上會有分壓，所以外電壓會小于電動勢（可近似認(rèn)為是不加負(fù)載時用

電壓表所測電壓），當(dāng)負(fù)載增加即電流增加時，內(nèi)電壓增加而外電壓（即加負(fù)載

時電池兩端電壓）減小，這是由光電池的特點決定的。如果電池的內(nèi)阻很小則負(fù)

我變化時外電壓的變化就較小

3.如何獲得輸出高電壓、大電流輸出的光電池

需要高電壓時應(yīng)將光電池串聯(lián)使用；需要大電流時應(yīng)將光電池并聯(lián)使用

7.熱導(dǎo)率和對流傳熱系數(shù)的測量

【預(yù)習(xí)思考題】

1.熱導(dǎo)率的物理意義是什么對流傳熱系數(shù)是什么

熱導(dǎo)率的物理意義為：當(dāng)相距單位長度的兩個平行平面間的溫度相差一個隼位

時，在單位時間內(nèi)通過單位面積所傳導(dǎo)的熱量。對流傳熱系數(shù)是在對流傳熱條件

下，單位時間內(nèi)經(jīng)對流方式從表面S傳出的熱量與溫度差T1-T2和表面積S的

比例。

2.如果用木實驗裝置測定良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率，樣品的形狀應(yīng)有何改變?yōu)槭裁?/p>

若要測量良導(dǎo)體樣品，則樣品需做成截面積比較小而傳熱方向上的長度較大的細(xì)

長形狀。因為良導(dǎo)體的導(dǎo)熱性能好，樣品只有做的比較長才能在其兩端產(chǎn)生比較

明顯、易于測量的溫差，而做的比較細(xì)是為了盡可能減小側(cè)面散熱的影響。

3.用式（）或式（）測熱導(dǎo)率要求哪些實驗條件，在實驗中如何保證

需要熱電偶的冷端保持溫度恒定，實驗中采用冰水混合物來保證熱電偶的冷端保

持0℃；需要盡可能減小樣品側(cè)面散熱的影響，因此將樣品做成薄圓盤狀；需要

樣品的上、下表面各自溫度均勻且易于測量，實驗中加熱盤和散熱盤均為金屬盤

且各自與樣品的上、下表面分別密切接觸；需要易于散熱，實驗中采用風(fēng)扇對散

熱盤吹風(fēng)來保證；等等。

【分析討論題】

1.為什么能將數(shù)字電壓表的示值當(dāng)作溫度值直接代入式（）或式（）中計算熱

導(dǎo)率K

因為熱電偶冷端溫度為0℃,所以通過熱電偶測得的電壓。所以有，而這就是

式（）中所包含的全部和溫度相關(guān)的項。由此可見可以將數(shù)字電壓表的電壓示值

當(dāng)作溫度值直接代入式（）中進(jìn)行計算。

2.對環(huán)境溫度的測量為什么要在實驗的最后一步而不是在較靠前的步驟進(jìn)行

理論上對環(huán)境溫度是先測量還是后測量都是一樣的，但是從實際情況分析還是后

測量比較準(zhǔn)確，這是從減小實驗誤差的角度考慮的。實驗進(jìn)行前，由于還沒有進(jìn)

行實驗，實驗過程中的散熱也沒有影響，因而實驗前的環(huán)境溫度與實驗后相比必

然有一定程度的偏低。而實驗中對散熱過程的測量是在實驗靠后的步驟進(jìn)行的，

此時實驗過程中的散熱必然已經(jīng)使環(huán)境溫度有一定程度的變化，因此最后測量環(huán)

境溫度，測得的結(jié)果更接近散熱過程測量所需的環(huán)境溫度。因此，對環(huán)境溫度的

測量放在了實驗的最后一步進(jìn)行。

8.預(yù)習(xí)思考題

1.什么是同步

用Y軸信號頻率去控制掃描發(fā)生器的頻率，使信號頻率準(zhǔn)確地等于掃描頻率或

成整數(shù)倍，該電路的控制作用，稱為同步。

2.在觀察李薩如圖形時，能否用示波器的“同步”將其穩(wěn)定下來如果不能，出是

為什么

不能，因為觀察李薩如圖形時工作在X-Y方式下，內(nèi)部鋸齒波掃描信號被切斷,

兩路信號都是從外部輸入，而示波器的“同步”是調(diào)節(jié)內(nèi)部鋸齒波掃描信號的，所

以“同步”對李薩如圖形沒有影響。

3.如果被觀測的圖形穴穩(wěn)定，出現(xiàn)向左移或向右移的原因是什么如何使之穩(wěn)定

由波形顯示原理知：原因是其掃描電壓的周期與被測信號的周期不相等或不成

整數(shù)倍，以致每次掃描開始時波形曲線上的起點均不一樣所造成的。要想使顯示

屏上的圖形穩(wěn)定，必須使掃描電壓的周期與被測信號的周期之間滿足Tx/Ty=n（n

=1,2,3,...）,n是屏上顯示完整波形的個數(shù)。

分析討論題

1.熒光屏上無光點出現(xiàn)，有哪些可能的原因怎樣調(diào)節(jié)才能使光點出現(xiàn)

可能的原因有：電源沒有打開、亮度太小或沒有、光點的位置偏離了顯示屏。

首先檢查電源開關(guān)是否打開，（看電源指示燈是否亮）然后將亮度旋鈕調(diào)至較大,

（順時針方向調(diào)節(jié)）將X軸、Y軸輸入端接地，調(diào)節(jié)水平位移和豎直位移，直至

亮點出現(xiàn)在顯示屏上。

2.若被測信號幅度太大（在不引起儀器損壞的前提下），則在示波器上看到什

么圖形要想完整地顯示圖形，應(yīng)如何調(diào)節(jié)

若被測信號幅度太大時看到的是不完整的波形。要想完整地顯示圖形，應(yīng)將示

波器的V01TS/DIV垂直輸入靈敏度選擇開關(guān)根據(jù)被測信號的電壓幅度，選擇適

當(dāng)?shù)臋n級以利觀察，

3.示波器能否用來測量直流電壓如果能測，應(yīng)如何進(jìn)行

能。要測量直流電壓，所用示波器的Y通道應(yīng)采用直流耦合方式(如果示波器

的下限頻率不是0,則不能用于測量直流電壓)。進(jìn)行測量前，必須校準(zhǔn)示波器

的Y軸靈敏度，并將其微調(diào)旋鈕旋至“校準(zhǔn)”位置，

測量方法：將垂直輸入耦合選擇開關(guān)置于采用自動觸發(fā)掃描，使熒光屏上

顯示一條掃描基線，然后根據(jù)被測電壓極性，調(diào)節(jié)垂直位移旋鈕，使掃描基線處

于某特定基準(zhǔn)位置(作0V電壓線)；將輸入耦合選擇開關(guān)置于“DC”位置；將

被測信號經(jīng)衰減探頭(或直接)接入示波器Y軸輸入端，然后再調(diào)節(jié)Y軸靈敏

度(V/cm)開關(guān)，使掃描線有較大的偏移量。設(shè)熒光屏顯示直流電壓的坐標(biāo)刻

度為H(cm),儀器的Y軸靈敏度所指檔級為SY(V/cm),Y軸探頭衰減系數(shù)K,

則被測直流電壓值為UX=H(cm)SY(V/cm)Ko

9.光電效應(yīng)測定普朗克常量

【預(yù)習(xí)思考題】

1.一般來說，光電管的陽極和陰極的材料不同，它們的逸出功也不同，而且陰

極的逸出功總是小于陽極的逸出功，因此它們之間的接觸電勢差在K-A空間形

成的是一個反向阻擋電場，試定量說明接觸電勢差對光電管伏安曲線的影響

答：接觸電勢差使光電管伏安曲線向右平移。

2.什么是遏止電勢差Uc影響遏止電勢差確定的主要因素有哪些在實驗中如何

較精確地確定遏止電勢差

答：在陰極光電效應(yīng)中，當(dāng)光電管兩端加上反向電壓時，陰極光電流迅速減小，

但直到反電壓達(dá)到某個Uc時陰極光電流才為零,Uc稱為陰極光電流遏止電勢差。

影響陰極光電流遏止電勢差確定的主要因素有二：1.當(dāng)光照射到陰極時，必然有

部分光漫反射至陽極，至使陽極產(chǎn)生光電效應(yīng)并發(fā)射光電子，這些光電子很易到

達(dá)陽極而形成陽極光電流；2.當(dāng)光電管無任何光照時，在外加電壓作用下仍會有

微弱電流流過，我們稱之為光電管的喑電流。在實驗中較精確地確定陰極光電流

遏止電勢差的方法是：拐點法

3.如何由光電效應(yīng)測出普朗克常量h

答：由實驗得到遏止電勢差Uc和照射光的頻率的直線關(guān)系，由直線斜率可求

出h

【分析討論題】

1.根據(jù)遏止電勢差Uc與入射光頻率的關(guān)系曲線，請大致確定陰極材料逸出功

與陽極材料逸出功之間的差值

答：

2.在用光電效應(yīng)測定普朗克常量的實驗中有哪些誤差來源在實驗中是如何減

小誤差的你有何建議

答：在用光電效應(yīng)測定普朗克常量的實驗中的誤差來源主要來自單色光不夠嚴(yán)

格以及陰極光電流的遏止電勢差的確定，而影響陰極光電流遏止電勢差確定的主

要因素有光電管的陽極光電流和光電流的暗電流。在實驗中主要通過分析陽極光

電流和暗電流的特點（陽極光電流在反向區(qū)域幾乎呈飽和狀態(tài)，而暗電流很小,旦

電流隨電壓線性變化，它們均對陰極光電流在Uc顯著拐彎的性質(zhì)無影響），在實

驗中通過對實際光電流測定，找到曲線拐點的方法來精確地求得Uc的。

單色光的獲得盡可能用精度較高的單色儀獲得，而不用濾色（片）的方法獲得；此外

應(yīng)盡量減小反射到陽極的散射光，適當(dāng)提高光電管的真空度以及二電極之間的距

離，以減小暗電流的大小。

3.作為比較，試用交點法確定遏止電勢差Uc,并由此利用作圖法求出普朗克常

量h,討論兩種方法的優(yōu)點以及誤差因素。

答：交點法：交點易找，也能比較精確確定，但由于暗電流與電壓大小有關(guān)；陽

極光電流的飽和電流與光強有關(guān)，故由交點法確定的遏止電勢差Uc,不再僅僅

與光的波長有關(guān)，而且乜將與光的光強以及反向電壓的大小有關(guān)，由此誤差很大，

也難以分析以加于剔除。

拐點法：確定的遏止電勢差Uc,僅僅與光的波長有關(guān)，而與光的光強以及反向電

壓的大小無關(guān)，缺點是拐點的確定不易，有一定的誤差。

大學(xué)物理實驗第二季

實驗一霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用

【預(yù)習(xí)思考題】

1.列出計算霍爾系數(shù)、載流子濃度n、電導(dǎo)率。及遷移率口的計算公式，并注

明單位。

霍爾系數(shù)，載流子濃度，電導(dǎo)率，遷移率。

2.如己知霍爾樣品的工作電流及磁感應(yīng)強度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(guān)

為了在測量時消除一些霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)的影響，需要在測量時改變工作電流

及磁感應(yīng)強度B的方向，因此就需要2個換向開關(guān)；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(guān)?？?/p>

之，一共需要3個換向開關(guān)。

【分析討論題】

1.若磁感應(yīng)強度B和霍爾器件平面不完全正交，按式()測出的霍爾系數(shù)比

實際值大還是小要準(zhǔn)確測定值應(yīng)怎樣進(jìn)行

若磁感應(yīng)強度B和霍爾器件平面不完全止交，則測出的霍爾系數(shù)比實際值偏小。

要想準(zhǔn)確測定，就需要保證磁感應(yīng)強度B和霍爾器件平面完全正交，或者設(shè)法

測量出磁感應(yīng)強度B和霍爾器件平面的夾角。

2.若己知霍爾器件的性能參數(shù)，采用霍爾效應(yīng)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(yù)習(xí)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(jìn)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，使交流亳伏表指針

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(jìn)行

聲速測定時需要測定駐波波節(jié)的位置，當(dāng)發(fā)射換能器S1處于共振狀態(tài)時，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(zhuǎn)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(yīng)的波節(jié)位置。因此在系統(tǒng)處于共振的條件下進(jìn)行聲速測定，可以容易

和準(zhǔn)確地測定波節(jié)的位置，提高測量的準(zhǔn)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(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。這種材料在受到機械應(yīng)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(yīng)。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(yīng)。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(yīng)，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(zhuǎn)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(yīng)，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(zhuǎn)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(dāng)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，蛆聲壓最大。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c令P(x)為駐波的聲壓振幅，駐波的聲壓表達(dá)式為

波節(jié)處聲壓最大，轉(zhuǎn)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(jìn)行逐項或隔項相減，來獲得實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法。逐差法進(jìn)行

數(shù)據(jù)處理有很多優(yōu)點，可以驗證函數(shù)的表達(dá)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(yù)習(xí)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(yuǎn)鏡適合接收平行光，旦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(dāng)各

級譜線左右兩側(cè)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(yuǎn)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“”

形義絲的上十字重合，此時光柵平面與入射光垂直。

當(dāng)各級譜線左右兩側(cè)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(cè)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(lǐng)，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：己知：實驗測得二27000,cm-1求b。

由得b=（cm）

答：略。

實驗四多用電表的設(shè)計與制作

【分析討論題】

1.校準(zhǔn)電表時，如果發(fā)現(xiàn)改裝表的讀數(shù)相對于標(biāo)準(zhǔn)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(fù)（合理偏向）應(yīng)采

取什么措施

分流電阻或分壓電阻的阻值不符合實際情況，導(dǎo)致讀數(shù)都偏高或偏低。欲使有

正有負(fù)（合理偏向）應(yīng)選擇合適的分流電阻或分壓電阻。

2.證明歐姆表的中值電阻與歐姆表的內(nèi)阻相等。

滿偏時（因Rx=O）

半偏時

可得中值電阻綜合內(nèi)阻

實驗五邁克耳孫干涉儀的調(diào)整與使用

【預(yù)習(xí)思考題】

1.邁克爾孫干涉儀是利用什么方法產(chǎn)生兩束相干光的

答：邁克爾孫干涉儀是利用分振幅法產(chǎn)生兩束相干光的。

2.邁克爾孫干涉儀的等傾和等厚干涉分別在什么條件下產(chǎn)生的條紋形狀如何隨

Ml、M2'的間距d如何變化

答：（1）等傾干涉條紋的產(chǎn)生通常需要面光源，且Ml、M2'應(yīng)嚴(yán)格平行；等厚

干涉條紋的形成則需要Ml、M2'不再平行，而是有微小夾角，且二者之間所加

的空氣膜較薄。

（2）等傾干涉為圓條紋，等厚干涉為直條紋。

（3）d越大，條紋越細(xì)越密；d越小，條紋就越粗越疏。

3.什么樣條件下，白光也會產(chǎn)生等厚干涉條紋當(dāng)白光等厚干涉條紋的中心被調(diào)

到視場中央時，Ml、M2'兩鏡子的位置成什么關(guān)系

答：白光由于是復(fù)色光，相干長度較小，所以只有Ml、M2'距離非常接近時，

才會有彩色的干涉條紋，且出現(xiàn)在兩鏡交線附近。

當(dāng)白光等厚干涉條紋的中心被調(diào)到視場中央時，說明Ml、M2'已相交。

【分析討論題】

1.用邁克爾孫干涉儀觀察到的等傾干涉條紋與牛頓環(huán)的干涉條紋有何不同

答：二者雖然都是圓條紋，但牛頓環(huán)屬于等厚干涉的結(jié)果，并且等傾干涉條紋中

心級次高，而牛頓環(huán)見是邊緣的干涉級次高，所以當(dāng)增大（或減?。┛諝鈱雍穸?/p>

時，等傾干涉條紋會向外涌出（或向中心縮進(jìn)），而牛頓環(huán)則會向中心縮進(jìn)（或

向外涌出）。

2.想想如何在邁克爾孫干涉儀上利用白光的等厚干涉條紋測定透明物體的折射

率

答：首先將儀器調(diào)整到Ml、M2'相交，即視場中央能看到白光的零級干涉條紋,

然后根據(jù)剛才鏡子的移動方向選擇將透明物體放在哪條光路中（主要是為了避免

空程差），繼續(xù)向原方向移動Ml鏡，直到再次看到白光的零級條紋出現(xiàn)在剛才

所在的位置時，記下Ml移動的距離所對應(yīng)的圓環(huán)變化數(shù)N,根據(jù)，即可求出no

實驗六用牛頓環(huán)法測定透鏡的曲率半徑

【預(yù)習(xí)思考題】

1.白光是復(fù)色光，不同波長的光經(jīng)牛頓環(huán)裝置各自發(fā)生干涉時，同級次的干涉

條紋的半徑不同，在重疊區(qū)域某些波長的光干涉相消，某些波長的光干涉相長，

所以牛頓環(huán)將變成彩色的。

2.說明平板玻璃或平凸透鏡的表面在該處不均勻，使等厚干涉條紋發(fā)生了形變。

3.因顯微鏡筒固定在托架上可隨托架一起移動，托架相對于工作臺移動的距離

也即顯微鏡移動的距離可以從螺旋測微計裝置上讀出。因此讀數(shù)顯微鏡測得為距

離是被測定物體的實際長度。

4.(1)調(diào)節(jié)目鏡觀察到清晰的叉絲；(2)使用調(diào)焦手輪時，要使目鏡從靠近被

測物處自下向上移動，以免擠壓被測物，損壞目鏡。(3)為防止空程差，測量時

應(yīng)單方向旋轉(zhuǎn)測微鼓輪。

5.因牛頓環(huán)裝置的接觸處的形變及塵埃等因素的影響，使牛頓環(huán)的中心不易確

定，測量其半徑必然增大測量的誤差。所以在實驗中通常測量其直徑以減小誤差，

提高精度。

6.有附加光程差d(),空氣膜上下表面的光程差=2dk+d()+,產(chǎn)生k級暗環(huán)時,=(2k+l)

/2,k=0,l,2…，暗環(huán)半徑rk=；則Dm2=(m一dO)R,Dn2=(n一dO)R,R=。

【分析討論題】

1.把待測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，若產(chǎn)

生牛頓環(huán)現(xiàn)象，則待測表面為球面；輕壓待測表面時，環(huán)向中心移動，則為凸面；

若環(huán)向中心外移動，則為凹面。

2.牛頓環(huán)法測透鏡曲率半徑的特點是：實驗條件簡單，操作簡便，直觀且精度

fWjo

3.參考答案

若實驗中第35個暗環(huán)的半徑為a，其對應(yīng)的實際級數(shù)為k,

a2=kRk=

=2d35++dO=(2k+l)(k=0,l,2…)

基驗七傳感器專題實驗

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

這種傳感器具有非接觸測量的特點，而且還具有測量范圍大、靈敏度高、抗干擾

能力強、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單及安裝方便等優(yōu)點。缺點是電渦流位

移傳感器只能在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。

2.本試驗采用的變換電路是什么電路。

本實驗中電渦流傳感器的測量電路采用定頻調(diào)幅式測量電路。

【分析討論題】

1.若此傳感器僅用來測量振動頻率，工作點問題是否仍十分重要

我們所說的工作點是指在振幅測量時的最佳工作點，即傳感器線性區(qū)域的中間位

置。若測量振幅時工作點選擇不當(dāng)，會使波形失真而造成測量的誤差或錯誤。但

僅測量頻率時波形失真不會改變其頻率值。所以，僅測量頻率時工作點問題不是

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，被測體導(dǎo)電率越高，靈敏度越高，在相同的量程下，其線性范圃越

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，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，線性范圍小，但靈敏度

增大。可根據(jù)不同要求，選取不同的線圈內(nèi)徑、外徑及厚度參數(shù)。

實驗八:霍爾傳感器

【預(yù)習(xí)思考題】

1.寫出調(diào)整霍爾式傳感器的簡明步驟。

（1）按圖接線；

（2）差動放大器調(diào)零；

（3）接入霍爾式傳感器，安裝測微頭使之與振動臺吸合；

（4）上下移動測微頭±4mm,每隔讀取相應(yīng)的輸出電壓值。

2.結(jié)合梯度磁場分布，解釋為什么霍爾片的初始位置應(yīng)處于環(huán)形磁場的中間。

在環(huán)形磁場的中間位置磁感應(yīng)強度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，霍爾電壓UH的值僅取決于霍爾元件在梯度磁場中

的位移x,并在零點附近的一定范圍內(nèi)存在近似線性關(guān)系。

【分析討論題】

1.測量振幅和稱重時的作用有何不同為什么

測量振幅時，直接測量位移與電壓的關(guān)系。要求先根據(jù)測量數(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。稱重時測量電壓與位移的關(guān)系，再換

算成電壓與重量的關(guān)系。振動臺作為稱重平臺，逐步放上祛碼，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。

試驗九:鐵磁材料磁滯回線的測繪

【預(yù)習(xí)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7T剩磁的特點，在測定磁化曲線和磁

滯回線時，首先必須木鐵磁材料預(yù)先進(jìn)行退磁，以保證外加磁場H=0時B=Oc

退磁的方法，從理論上分析，要消除剩余磁感應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dāng)外加磁場H減小

到零時，鐵磁材料的磁感應(yīng)強度B亦同時降為零，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：軟磁材料的特點是：磁導(dǎo)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：乘［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(xué)量簡述其基本原理。

答：本實驗