大学物理实验预习、分析讨论题答案

时间:2024.4.14

注:答案有部分字母无法显示,大家在做的时候自行完善!

 实验一  霍尔效应及其应用
【预习思考题】
1.列出计算霍尔系数 、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。
霍尔系数 ,载流子浓度 ,电导率 ,迁移率 。
2.如已知霍尔样品的工作电流 及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型?
以根据右手螺旋定则,从工作电流 旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压 为正,则样品为P型,反之则为N型。
3.本实验为什么要用3个换向开关?
为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电流 及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压 ,还要测量A、C间的电位差 ,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。总之,一共需要3个换向开关。
【分析讨论题】
1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5) 测出的霍尔系数 比实际值大还是小?要准确测定 值应怎样进行?
若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数 比实际值偏小。要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。
2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源?
误差来源有:测量工作电流 的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压 的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。
实验二 声速的测量
【预习思考题】
1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定?
答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度。
2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的?
答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加交变电场,材料会发生机械形变,这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应,压电陶瓷环片在交变电压作用下,发生纵向机械振动,在空气中激发超声波,把电信号转变成了声信号。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应,空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变,从而产生电场,把声信号转变成了电信号。
【分析讨论题】
1. 为什么接收器位于波节处,晶体管电压表显示的电压值是最大值?
答:两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波。其驻波方程为                             
                           
       
A(x)为合成后各点的振幅。当声波在媒质中传播时,媒质中的压强也随着时间和位置发生变化,所以也常用声压P描述驻波。声波为疏密波,有声波传播的媒质在压缩或膨胀时,来不及和外界交换热量,可近似看作是绝热过程。气体做绝热膨胀,则压强减小;做绝热压缩,则压强增大。媒质体元的位移最大处为波腹,此处可看作既未压缩也未膨胀,则声压为零,媒质体元位移为零处为波节,此处压缩形变最大,则声压最大。由此可知,声波在媒质中传播形成驻波时,声压和位移的相位差为 。令P(x)为驻波的声压振幅,驻波的声压表达式为
                         
波节处声压最大,转换成电信号电压最大。所以接收器位于波节处,晶体管电压表显示的电压值是最大值。
2. 用逐差法处理数据的优点是什么?
答:逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法,是对等间隔变化的被测物理量的数据,进行逐项或隔项相减,来获得实验结果的数据处理方法。逐差法进行数据处理有很多优点,可以验证函数的表达形式,也可以充分利用所测数据,具有对数据取平均的效果,起到减小随机误差的作用。本实验用隔项逐差法处理数据,减小了测量的随机误差。
实验三  衍射光栅
【预习思考题】
1. 如何调整分光计到待测状态?
答:(1)调节望远镜适合接收平行光,且其光轴垂直于仪器中心轴;
(2)平行光管能发出平行光,且其光轴垂直于仪器中心轴;
(3)载物台的台面垂直于仪器中心轴。
2. 调节光栅平面与入射光垂直时,为什么只调节载物台调平螺钉b、c,而当各级谱线左右两侧不等高时,又只能调节载物台调平螺钉a?
答:调节光栅平面与入射光垂直时,光栅放在载物台调平螺钉b、c的垂直平分线上,望远镜和平行光管已调好,调节载物台调平螺钉a不能改变光栅面与入射光的夹角,只能调节螺钉b或c使光栅面反射回来的“+”字像与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合,此时光栅平面与入射光垂直。
    当各级谱线左右两侧不等高时,说明光栅刻线与载物台平面不垂直,调节b、c破坏入射光垂直光栅面,只调节a即可使各级谱线左右两侧等高。
【分析讨论题】
1. 利用本实验的装置如何测定光栅常数?
答:与实验步骤一样,调出光谱线,已知绿光波长 m,测量一级( )绿光衍射角 ,根据光栅方程 ,可计算出光栅常数d 。
2. 三棱镜的分辨本领 ,b是三棱镜底边边长,一般三棱镜 约为1000cm-1。问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨率?
解:已知:实验测得 =27000, cm-1       求b。
由  得   b= (cm)
答:略。
实验四  多用电表的设计与制作
【分析讨论题】
1.    校准电表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高或偏低,即 总向一个方向偏,试问这是什么原因造成的?欲使 有正有负(合理偏向)应采取什么措施?
分流电阻或分压电阻的阻值不符合实际情况,导致读数都偏高或偏低。欲使 有正有负(合理偏向)应选择合适的分流电阻或分压电阻。
2.    证明欧姆表的中值电阻与欧姆表的内阻相等。
满偏时(因Rx=0)                
半偏时                         
可得中值电阻                           综合内阻
实验五 迈克耳孙干涉仪的调整与使用
【预习思考题】
1.  迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的?
答:迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。
2.  迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产生的?条纹形状如何?随M1、M2’的间距d如何变化?
答:(1)等倾干涉条纹的产生通常需要面光源,且M1、M2’应严格平行;等厚干涉条纹的形成则需要M1、M2’不再平行,而是有微小夹角,且二者之间所加的空气膜较薄。
(2)等倾干涉为圆条纹,等厚干涉为直条纹。
(3)d越大,条纹越细越密;d 越小,条纹就越粗越疏。
3.  什么样条件下,白光也会产生等厚干涉条纹?当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,M1、M2’两镜子的位置成什么关系?
答:白光由于是复色光,相干长度较小,所以只有M1、M2’距离非常接近时,才会有彩色的干涉条纹,且出现在两镜交线附近。
当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,说明M1、M2’已相交。
【分析讨论题】
1.  用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同?
答:二者虽然都是圆条纹,但牛顿环属于等厚干涉的结果,并且等倾干涉条纹中心级次高,而牛顿环则是边缘的干涉级次高,所以当增大(或减小)空气层厚度时,等倾干涉条纹会向外涌出(或向中心缩进),而牛顿环则会向中心缩进(或向外涌出)。
2.  想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率?
答:首先将仪器调整到M1、M2’相交,即视场中央能看到白光的零级干涉条纹,然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中(主要是为了避免空程差),继续向原方向移动M1镜,直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时,记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N,根据 ,即可求出n。
实验六 用牛顿环法测定透镜的曲率半径
【预习思考题】
1.白光是复色光,不同波长的光经牛顿环装置各自发生干涉时,同级次的干涉条纹的半径不同,在重叠区域某些波长的光干涉相消,某些波长的光干涉相长,所以牛顿环将变成彩色的。
2.说明平板玻璃或平凸透镜的表面在该处不均匀,使等厚干涉条纹发生了形变。
3.因显微镜筒固定在托架上可随托架一起移动,托架相对于工作台移动的距离也即显微镜移动的距离可以从螺旋测微计装置上读出。因此读数显微镜测得的距离是被测定物体的实际长度。
4.(1)调节目镜观察到清晰的叉丝;(2)使用调焦手轮时,要使目镜从靠近被测物处自下向上移动,以免挤压被测物,损坏目镜。(3)为防止空程差,测量时应单方向旋转测微鼓轮。
5.因牛顿环装置的接触处的形变及尘埃等因素的影响,使牛顿环的中心不易确定,测量其半径必然增大测量的误差。所以在实验中通常测量其直径以减小误差,提高精度。
6.有附加光程差d0,空气膜上下表面的光程差 =2dk+d0+ ,产生k级暗环时, =(2k+1) /2,k=0,1,2…,暗环半径rk= ;则Dm2=(m —d0)R,Dn2= (n —d0)R,R= 。
【分析讨论题】
1.  把待测表面放在水平放置的标准的平板玻璃上,用平行光垂直照射时,若产生牛顿环现象,则待测表面为球面;轻压待测表面时,环向中心移动,则为凸面;若环向中心外移动,则为凹面。
  2.牛顿环法测透镜曲率半径的特点是:实验条件简单,操作简便,直观且精度高。
  3.参考答案
 若实验中第35个暗环的半径为a ,其对应的实际级数为k,
a2=kR   k=
 =2d35+ +d0=(2k+1)                        (k=0,1,2…)
d=
实验七 传感器专题实验
电涡流传感器
【预习思考题】
1.电涡流传感器与其它传感器比较有什么优缺点?
这种传感器具有非接触测量的特点,而且还具有测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响、结构简单及安装方便等优点。缺点是电涡流位移传感器只能在一定范围内呈线性关系。
2.本试验采用的变换电路是什么电路。
本实验中电涡流传感器的测量电路采用定频调幅式测量电路。
【分析讨论题】
1.若此传感器仅用来测量振动频率,工作点问题是否仍十分重要?
我们所说的工作点是指在振幅测量时的最佳工作点,即传感器线性区域的中间位置。若测量振幅时工作点选择不当,会使波形失真而造成测量的误差或错误。但仅测量频率时波形失真不会改变其频率值。所以,仅测量频率时工作点问题不是十分重要。
2.如何能提高电涡流传感器的线性范围?
一般情况下,被测体导电率越高,灵敏度越高,在相同的量程下,其线性范围越宽线性范围还与传感器线圈的形状和尺寸有关。线圈外径大时,传感器敏感范围大,线性范围相应也增大,但灵敏度低;线圈外径小时,线性范围小,但灵敏度增大。可根据不同要求,选取不同的线圈内径、外径及厚度参数。
霍尔传感器
【预习思考题】
1.写出调整霍尔式传感器的简明步骤。
(1)按图6.2-6接线;
(2)差动放大器调零;
(3)接入霍尔式传感器,安装测微头使之与振动台吸合;
(4)上下移动测微头±4mm,每隔0.5mm读取相应的输出电压值。
2.结合梯度磁场分布,解释为什么霍尔片的初始位置应处于环形磁场的中间。
在环形磁场的中间位置磁感应强度B为零。由霍尔式传感器的工作原理可知,当霍尔元件通以稳定电流时,霍尔电压UH的值仅取决于霍尔元件在梯度磁场中的位移x,并在零点附近的一定范围内存在近似线性关系。
【分析讨论题】
  1.测量振幅和称重时的作用有何不同?为什么?
测量振幅时,直接测量位移与电压的关系。要求先根据测量数据作出U~x关系曲线,标出线性区,求出线性度和灵敏度。称重时测量电压与位移的关系,再换算成电压与重量的关系。振动台作为称重平台,逐步放上砝码,依次记下表头读数,并做出U~W曲线。在平台上另放置一未知重量之物品,根据表头读数从U~W曲线中求得其重量。
  2.描述并解释实验内容2的示波器上观察到的波形。
交流激励作用下其输出~输入特性与直流激励特性有较大的不同,灵敏度和线性区域都发生了变化。示波器上的波形在振幅不太大时为一正弦波。若振幅太大,超出了其线性范围,则波形会发生畸变。
试验八 铁磁材料磁滞回线的测绘
【预习思考题】
1. 测绘磁滞回线和磁化曲线前为何先要退磁?如何退磁?
答:由于铁磁材料磁化过程的不可逆性即具有剩磁的特点,在测定磁化曲线和磁滞回线时,首先必须对铁磁材料预先进行退磁,以保证外加磁场H=0时B=0。退磁的方法,从理论上分析,要消除剩余磁感应强度Br,只需要通以反向电流,使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽力即可,但实际上矫顽力的大小通常并不知道,则无法确定退磁电流的大小。常采用的退磁方法是首先给要退磁的材料加上一个大于(至少等于)原磁化场的交变磁场(本实验中顺时针方向转动“U选择”旋钮,令U从0依次增至3V),铁磁材料的磁化过程是一簇逐渐扩大的磁滞回线。然后逐渐减小外加磁场,(本实验中逆时针方向转动旋钮,将U从最大值依次降为0),则会出现一簇逐渐减小而最终趋向原点的磁滞回线。当外加磁场H减小到零时,铁磁材料的磁感应强度B亦同时降为零,即达到完全退磁。
2. 如何判断铁磁材料属于软、硬磁性材料?
答:软磁材料的特点是:磁导率大,矫顽力小,磁滞损耗小,磁滞回线呈长条状;硬磁材料的特点是:剩磁大,矫顽力也大,磁滞特性显著,磁滞回线包围的面积肥大。
【分析讨论题】
1. 本实验通过什么方法获得H和B两个磁学量?简述其基本原理。
答:本实验采用非电量电测技术的参量转换测量法,将不易测量的磁学量转换为易于测量的电学量进行测定。按测试仪上所给的电路图连接线路,将电压UH和UB分别加到示波器的“x输入”和“y输入”,便可观察到样品的磁滞回线,同时利用示波器测绘出基本磁化曲线和磁滞回线上某些点的UH和UB值。根据安培环路定律,样品的磁化场强为
 (L为样品的平均磁路)
根据法拉弟电磁感应定律,样品的磁感应强度瞬时值
 
由以上两个公式可将测定的UH和UB值转换成H和B值,并作出H~B曲线。
2. 铁磁材料的磁化过程是可逆过程还是不可逆过程?用磁滞回线来解释。
答:铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。铁磁材料在外加磁场中被磁化时,外加磁场强度H与铁磁材料的磁感应强度B的大小是非线性关系。当磁场H从零开始增加时,磁感应强度B随之以曲线上升,当H增加到Hm时,B几乎不再增加,达到饱和值Bm,从O到达饱和状态这段B-H曲线,称为起始磁化曲线。当外加磁场强度H从Hm减小时,铁磁材料的磁感应强度B也随之减小,但不沿原曲线返回,而是沿另一曲线下降。当H下降为零时,B不为零,仍保留一定的剩磁Br,使磁场反向增加到-Hc时,磁感应强度B下降为零。继续增加反向磁场到-Hm,后逐渐减小反向磁场直至为零,再加上正向磁场直至Hm,则得到一条闭合曲线,称为磁滞回线。从铁磁材料的起始磁化曲线和磁滞回线可以看到,外加磁场强度H从Hm减小到零时的退磁曲线与磁场H从零开始增加到Hm时的起始磁化曲线不重合,说明退磁过程不能重复起始磁化过程的每一状态,所以铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。
实验九 用动态法测定金属棒的杨氏模量
【预习思考题】
1.试样固有频率和共振频率有何不同,有何关系?
固有频率只由系统本身的性质决定。和共振频率是两个不同的概念,它们之间的关系为:
 
式中Q为试样的机械品质因数。一般悬挂法测杨氏模量时,Q值的最小值约为50,所以共振频率和固有频率相比只偏低0.005%,故实验中都是用f共代替f固,
2.如何尽快找到试样基频共振频率?
测试前根据试样的材质、尺寸、质量,通过(5.7-3)式估算出共振频率的数值,在上述频率附近寻找。
【分析讨论题】
1.测量时为何要将悬线吊扎在试样的节点附近?
理论推导时要求试样做自由振动,应把线吊扎在试样的节点上,但这样做就不能激发试样振动。因此,实际吊扎位置都要偏离节点。偏离节点越大,引入的误差就越大。故要将悬线吊扎在试样的节点附近。
2.如何判断铜棒发生了共振?
可根据以下几条进行判断:
(1)换能器或悬丝发生共振时可通过对上述部件施加负荷(例如用力夹紧),可使此共振信号变小或消失。
(2)发生共振时,迅速切断信号源,观察示波器上李萨如图形变化情况,若波形由椭圆变成一条竖直亮线后逐渐衰减成为一个亮点,即为试样共振频率。
(3)试样发生共振需要一个孕育的过程,切断信号源后信号亦会逐渐衰减,它的共振峰宽度较窄,信号亦较强。试样共振时,可用尖嘴镊子纵向轻碰试样,这时会按图5.7-1的规律发现波腹、波节。
(4)在共振频率附近进行频率扫描时,共振频率两侧信号相位会有突变导致李萨如图形在Y轴左右明显摆动。?


第二篇:大学物理实验习题及答案


第一部分:基本实验基础

1(直、圆)游标尺、千分尺的读数方法。

答:P46

2.物理天平

1.感量与天平灵敏度关系。天平感量或灵敏度与负载的关系。

答:感量的倒数称为天平的灵敏度。负载越大,灵敏度越低。

2.物理天平在称衡中,为什么要把横梁放下后才可以增减砝码或移动游码。

答:保护天平的刀口。

3.检流计

1.哪些用途?使用时的注意点?如何使检流计很快停止振荡?

答:用途:用于判别电路中两点是否相等或检查电路中有无微弱电流通过。

注意事项:要加限流保护电阻要保护检流计,随时准备松开按键。

很快停止振荡:短路检流计。

4.电表

量程如何选取?量程与内阻大小关系?

答:先估计待测量的大小,选稍大量程试测,再选用合适的量程。

电流表:量程越大,内阻越小。

电压表:内阻=量程×每伏欧姆数

5.万用表

不同欧姆档测同一只二极管正向电阻时,读测值差异的原因?

答:不同欧姆档,内阻不同,输出电压随负载不同而不同。

二极管是非线性器件,不同欧姆档测,加在二极管上电压不同,读测值有很大差异。

6.信号发生器

功率输出与电压输出的区别?

答:功率输出:能带负载,比如可以给扬声器加信号而发声音。

电压输出:实现电压输出,接上的负载电阻一般要大于50Ω。

比如不可以从此输出口给扬声器加信号,即带不动负载。

7.光学元件

光学表面有灰尘,可否用手帕擦试?

答:不可以

8.箱式电桥

倍率的选择方法。

答:尽量使读数的有效数字位数最大的原则选择合适的倍率。

9.逐差法

什么是逐差法,其优点?

答:把测量数据分成两组,每组相应的数据分别相减,然后取差值的平均值。

优点:每个数据都起作用,体现多次测量的优点。

10.杨氏模量实验

1.为何各长度量用不同的量具测?

答:遵守误差均分原理。

2.测钢丝直径时,为何在钢丝上、中、下三部位的相互垂直的方向上各测一次直径,而不是在同一部位采样数据?

答:钢丝不可能处处均匀。

3.钢丝长度是杨氏模量仪上下两个螺丝夹之间的长度还是上端螺丝夹到挂砝码的砝码钩之间的长度?

答:前者

4.采用光放大办法测钢丝的微小伸长量时要测望远镜到标尺之间的距离L,请问,L是指平面镜镜面到望远镜旁标尺的距离还是指平面镜镜面到望远镜物镜之间的距离?

答:前者

5.必须预加砝码使钢丝拉直,你能用什么办法判断需预加几个砝码?

答:用图示法。作砝码量与伸长量曲线应该是直线,但由于钢丝没事先拉直,则会出现图示曲线有弯曲到直线的过渡。由拐点可判断需预加砝码量。

6.材料相同,但粗细、长度不同的两根钢丝,它们的杨氏模量是否相同?

答:相同

7.如何分析哪一个量的测量对实验结果的影响较大?

答:计算每个量的相对误差,相对误差大的,则对测量结果影响大。

8.怎样提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度?

答:加大平面镜镜面到望远镜旁标尺的距离;增加光杠杆的长度。

9.光杠杆为什么用线拴住?

答:防止光杠杆掉落。

11.伏安特性

1.什么是内接法?什么是外接法?

答:电压表测的是电流表与电阻相串联时的电压时,称为内接法。

电流表测的是流过电压表与电阻并联时的总电流时,称为外接法。

2.测二极管正向伏安特性时,如何保护被测二极管?

答:串联一个限流电阻。

3.如果要测二极管反向伏安特性,画出电路图。

答:P126 图11-8

4.如果要测二极管反向击穿特性,画出电路图。

答:P126 图11-8做更改:微安表改为毫安表并外接;给二极管加一只限流电阻。

5.在接线中是分块接线还是按电路图顺序接线的?

答:分块接线。 把电路分解为三部分:电源电路、负载电路和测量电路。先分别接三块电路,再把各块按特征连接。

6.接线时电源开关什么时候开的?拆线时电源开头什么时候关的?

答:接线时:最后。即先接电路,后通电源。

拆线时:先。即先断电源,后拆线路

7.在用图示法表示元件伏安特性时,测量数据应该在什么位置多测些数据?

答:曲线的拐点处。

12.电桥

1.有几种方法测量电阻?说一下各种测量电阻的方法和特点。

答:伏安法、电位差计法、电桥法、用万用表。方法和特点:略。

2.电桥电路中,为什么检流计支路中要加一只滑线变阻器?变阻器的电阻如何选取的?

答:加滑线变阻器一是保护检流计,二是改变电电桥灵敏度。

3.如何提高电桥的灵敏度?

答:加大电源电压,减小检流计电路限流电阻大小,或选用高灵敏度检流计。

4.用箱式电桥测电阻时,如果未知电阻未接入,可否按下电源开关和检流计开关,为什么?

答:不可以。因为这时电桥永远不平衡,会使电流过大烧毁检流计。

5.用电桥测一非线性元件的电阻,调电桥平衡后,如果这时加大电源电压(其它都不变),问电桥是否还保持平衡,为什么?

答:不平衡。因为非线性元件的电阻会随外加电压的变化而变化。

6.右图中R1、R2、R3是电阻箱,μA是微安表头,R是滑线变阻器。

这电路如何测微安表头的内阻的?如何判断电桥已经平衡?

答:如果电桥平衡,则桥路两端电位相等,这时按下桥路电键K1,微安表电

流不会变化。因此,如果按下K1发现微安表指针无变化,则说明电桥平

衡。电桥平衡后,可用三只电阻算出内阻。

7.如果检流计事先没有校零,会不会影响实验结果?为什么?

答:所谓电桥平衡,则按下桥路电键,检流计指针位置不变。因此,没校零,不会影响实验结果。

8.电桥桥路中的滑线变阻器和开关能否去掉,为什么?

答:滑线变阻器开始时保护检流计用,接近平衡时为提高灵敏度,阻值可降为零。

桥路中开关如果去掉,则电桥严重不平衡时,会损坏检流计,因此不能去掉。

13.电位差计

1.用电位差计测电压时,发现检流计总往一边偏,调不平衡,试分析可能的原因?

答:(1)电源电压偏大或偏小(UJ31型不在5.7-6.4伏范围内)

(2)电源极性接反

(3)被测电压极性接反

(4)被测电压超过量程

2.“电位差计的校正”与“调节电位差计主电路的工作电流”之间是怎样的关系?.

答:是一回事

3.假若实验室室温不是20,如何校正电位差计?

答:根据室温值算出此时标准电池电势值,把温度补偿旋钮调到此值,再进行校正电位差计。

4.能否用UJ31型直流电位差计测右图电路A、B两点的电势差?

答:UJ31型电位差计最大能测171mV。

这电路中A、B两点的电势差超量程了,因此不能测。

5.电位差计面板上“粗、细、短路”三个按钮的作用是什么?

答:开始时应该按“粗”,差不多平衡时再按“细”,要让检流计指针很快停下则按“短路”。

6.假如供给UJ31型电位差计的工作电压为7伏,则在校正电位差计的时候会出现什么现象?怎么处理这种现象?

答:题述电压的结果是永远调不平衡。处理办法:调整工作电压,因为UJ31型电位差计的工作电压要求在5.7-6.4伏之间。

7.如果检流计事先没有校零,会不会影响实验结果?

答:不会。因为平衡不平衡,是看按键按下前后检流计指针动还是不动。

14.示波器:

1. 示波器观测电信号的三个必要条件是什么?

答:(1)被测信号必须加到Y偏转板上(2)X偏转板必须加锯齿波(3)要观测到稳定的波形,必须调节锯齿波的周期,使满足

2. 假设示波器已经观测到了一个稳定的正弦波电信号了,这时将转换开关置“⊥”位置,则示波器上看到什么形状的图形?

答:一条竖直线

3. 假设示波器已经观测到了一个稳定的正弦波电信号了,这时将转换开关置 “x外接”位置,则示波器上看到什么形状的图形?

答:一条竖直线

4. 如何用示波器判断被测电信号中是否含有直流成份?

答:将Y输入端的转换开关分别拨向DC和AC,观察两种情况时波形的幅度,如果幅度没有变化,则被测信号中没有直流成分。

5. 如何用示波器估测电信号的峰峰值与频率?

答:电信号的峰峰值就是波形的波峰到波谷上下的格数乘以每格对应的电压值。频率为周期的倒数,周期即为波形相邻的同相位点之间水平格数乘以每格对应的时间。

6. 用两只信号发生器分别给示波器的两组偏转板加频率相等的电信号,则出现“利萨如图”,但发现屏上的“利萨如图”时刻转动,为什么?

答:因为给示波器两偏转板加的电信号,不能保证其相位差恒定。

15.声速

1. 声速实验中,换能器工作频率大致多少?

答:40kHz左右

2. 你是如何做声速实验的?

答:首先将信号发生器输出40kHz的正弦波,调示波器得到波形,再调信号发生器的频率,观察到最大波形,得到共振频率f;再调声速测量仪,使两换能器的距离慢慢变大,观察示波器波形变化,测出各极大值所对应的接受器的位置,通过隔项逐差法求出波长,则可测出。

16.静电场

1.为什么要用模拟法描绘静电场的分布而不用探测器直接描绘静电场的分布?

答:实际描绘静电荷周围的电场很困难,因为伸入静电场中的探针上的感应电贺会影响原电场的分布。

2.你做静电场的描绘实验时,电源是交流电源还是直流电源?

答:直流电源

3.你认为电压表的内阻是大点好还是小点好?

答:内阻大点好,误差小

4.静电场模拟同轴电缆电场分布实验中,如果电源电压增加一倍,问等位线的形状是否变化?

答:形状不变

17.电子束:

1.你是如何验证电子束的偏转位移与加速电压成反比的?

答:作两条曲线,看是否重合。

2.电子枪栅极电位与阴极(或灯丝)电位相比,谁高?

答:阴极(或灯丝)电位高。

3.电子枪加速电极电位与阴极电位相比,谁高?

答:电子枪加速电极电位高。

4.调整屏幕光点的亮度是调节哪个电极的电位的?

答:调节电子枪栅极电位。

5.在进行电子束偏转实验的过程中,能否把仪器移动方位,为什么?

答:不能,受到地磁场的作用,影响电聚焦和电偏转。

18.霍耳:

1.如果把励磁电流误通到霍耳元件,会产生怎样的后果?

答:烧坏霍耳片

2.为什么在实验中要改变霍耳元件的电流方向、改变螺线管的电流方向,进行多次测量?

答:(1)霍耳片不可能与螺线管轴垂直

     (2)地磁场的影响

19.分光计:

1.分光计的调整中,如何判断望远镜光轴已经与旋转主轴垂直?

答:旋转平台,如果在平行平板正反两面都见到十字叉丝的像与叉丝成对称位置,即表明。

2.什么叫“各半法”?

答:分别调载物平台和望远镜,让像各回一半,最终回到对称点的方法。

3.分光计转盘上有设计有两个游标的作用是什么?

答:消除“偏心差”

4.怎样判断望远镜的目镜与物镜的焦平面已经重合?

答:从目镜中可以看到清晰的十字叉丝和清晰的十字叉丝像。

5.钠光灯在使用中要注意些什么?

答:(1)开了不能立即关,关了不能立即开  (2)工作时不能振动,关机后不能振动

20.牛顿环:

1.显微镜放大倍数的大小对实验结果有影响吗?

答:没有影响

2.如果定义中心环为第10级,再外一环为11级,再向外一环为12级,……,级数依次递增,这样对实验测量有影响吗?

答:没有影响。处理数据时,是求的级数差,无须确切知道每一环的级数。

3.为什么要用钠光灯,不用普通的电灯光源?

答:单色光

4.牛顿环中心是亮斑的情况下,是否一定要擦去尘土使成暗斑后才可测量?不擦去对实验有无影响?

答:不一定。无影响。

5.螺距误差怎样避免?

答:测量时向一个方向移动,如果移动过位,则要足够倒退再前进。

6.为何要测量环纹直径而不测量环纹半径?

答:牛顿环中心是一个暗斑,不是一个点。

第二部分:误差分析数据处理基础知识

1. 误差的三种类型   系统误差、随机误差、过失误差

2.随机误差的高斯分布包含的三方面内容

(1)绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大

(2)大小相等,符号相反的误差出现的机会相等

(3)超过某一极限的误差,实际上不会出现

3.近真值

对某一物理量进行n次等精度测量,得到一个测量列:(x1, x2,… x…,xn)。如果该物理量的测量误差服从高斯分布,则该物理量的最佳值即近真值为:

4.标准差和平均值的标准差

  

5.用平均值的标准偏差作为测量绝对偏差报道测量结果时的表示形式

    

其物理意义是真值落在的概率为68.3%

6单次测量精度

单次测量的误差主要取决于仪器的误差、实验者感官分辨能力及观察时的具体条件等。仪器误差在没有说明书或相关资料查阅时,一般可用仪器的最小刻度表示仪器精度。

 7误差传递公式的两个推论

     (1)和与差的绝对偏差,等于各直接测量量的绝对偏差之和。

     (2)积与商的相对偏差,等于各直接测量量的相对偏差之和。

8.标准误差的传递公式的两个推论

    (1)和与差的绝对偏差,等于各直接测量量的绝对偏差的“方和根”。

    (2)积与商的相对偏差,等于各直接测量量的相对偏差的“方和根”。

9.测量结果表式中有关有效数字位数

测量结果表式中,近真值的有效数字位数由决定,通常只取1位,最多可取几2位有效数字。

10.实验数据图示法定标原则

(1)观测点的坐标读数的有效数字位数,大体上与实验测量所得数据的有效数字位数  相同;

(2)标度划分应得当,以不用计算就能直接读出图线上每一点的坐标为宜;

(3)应尽量使图线占据图形的大部分,不要偏于一边或一角。两轴的标度可以不同。

(4)如果数据特别大或特别小,可以提出乘积因子放在坐标轴物理量的右边。

11.根据实验数据在坐标上描图,可以判断实验数据测量存在有什么性质的误差

      由实验数据在坐标上描图,如果有个别数据偏离图线较远,则该数据的测量存在过失;

如果实验数据在图线两侧附近,没有完全落在图线上,则说明测量存在随机误差;

如果每组实验数据的图线总是有规律地在理论曲线的上方或下方,则说明测量存在系统误差。

12.测量不确定度评定与表示的主要内容

  1A类不确定度

2.B类不确定度

; 式中为仪器误差。

通常仪器误差服从的规律可简单认为服从均匀分布,这种情况下常数。即

误差均匀分布的B类不确定度       

3.总不确定度(即合成不确定度)

注意:通常先将各来源的标准不确定度划归入A类评定和B类评定,再计算总不确定度。

4.间接测量的不确定度传递(也称不确定度的合成传递

如果间接测量量是直接测量量的函数:

则间接测量量的最佳估计由直接测量量的最佳估计给出,即;                         

显然,的不确定度取决于的不确定度。

设任一直接测量量的标准不确定度为,则的不确定度是各直接测量量的不确定度的合成,通常按方和根合成法计算总不确定度:

5.关于间接测量量不确定度的方和根合成法,的两个重要的推论:

(1) 和与差的不确定度,等于各直接测量量的不确定度的“方和根”。

即:如果,则

(2) 积与商的相对不确定度,等于各直接测量量的相对不确定度的“方和根”。

即:如果,则

6.用不确定度评定测量的结果报道形式

我们要求结果必须给出最可信赖值、最可信赖值的不确定度以及相对不确定度:

注意:(1) 不确定度最多保留两位有效数字。

(2) 上述报道形式是对我们初学者的要求,

仅只要给出三部分内容:近真值、合成不确定度和相对不确定度。

例题:

对某物理量进行n次等精度测量,得到一测量列:(x1x2,… x…,xn)。 则A类不确定度= ? 用最小分度值为0.02mm的游标卡尺测长度时,如果我们取其示值误差在0.02mm以内。则由游标卡尺引入的标准不确定度=?

答:

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