大學物理實驗_____課后習題解答__絕對詳細

1、大學物理實驗思考題答案(1-81.是否可以測擺動一次的時間作周期值?為什么?答:不可以。因為一次測量隨機誤差較大,多次測量可減少隨機誤差。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,討論此時三線擺的周期和空載時的周期相比是增大、減小還是不一定?說明理由。答:當兩個圓盤的質量為均勻分布時,與空載時比較,擺動周期將會減小。因為此時若把兩盤看成為一個半徑等于原下盤的圓盤時,其轉動慣量I0小于質量與此相等的同直徑的圓盤,根據(jù)公式(3-1-5,擺動周期T0將會減小。3.三線擺在擺動中受空氣阻尼,振幅越來越小,它的周期是否會變化?對測量結果影響大嗎?為什么?答:周期減小,對測量結果影響不

2、大,因為本實驗測量的時間比較短。實驗2金屬絲彈性模量的測量1.光杠桿有什么優(yōu)點,怎樣提高光杠桿測量的靈敏度?答:優(yōu)點是:可以測量微小長度變化量。提高放大倍數(shù)即適當?shù)卦龃髽顺呔嚯xD或適當?shù)販p小光杠桿前后腳的垂直距離b,可以提高靈敏度,因為光杠桿的放大倍數(shù)為2D/b。2.何謂視差,怎樣判斷與消除視差?答:眼睛對著目鏡上、下移動,若望遠鏡十字叉絲的水平線與標尺的刻度有相對位移,這種現(xiàn)象叫視差,細調調焦手輪可消除視差。3.為什么要用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)?答:逐差法是實驗數(shù)據(jù)處理的一種基本方法,實質就是充分利用實驗所得的數(shù)據(jù),減少隨機誤差,具有對數(shù)據(jù)取平均的效果。因為對有些實驗數(shù)據(jù),若簡單的取各次測量的平

3、均值,中間各測量值將全部消掉,只剩始末兩個讀數(shù),實際等于單次測量。為了保持多次測量的優(yōu)越性,一般對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差的平均值。實驗三,隨即誤差的統(tǒng)計規(guī)律1.什么是統(tǒng)計直方圖?什么是正態(tài)分布曲線?兩者有何關系與區(qū)別?答:對某一物理量在相同條件下做n次重復測量,得到一系列測量值,找出它的最大值和最小值,然后確定一個區(qū)間,使其包含全部測量數(shù)據(jù),將區(qū)間分成若干小區(qū)間,統(tǒng)計測量結果出現(xiàn)在各小區(qū)間的頻數(shù)M,以測量數(shù)據(jù)為橫坐標,以頻數(shù)M為縱坐標,劃出各小區(qū)間及其對應的頻數(shù)高度,則可得到一個矩形圖,即統(tǒng)計直方圖。如果測量次數(shù)愈多,區(qū)間愈分愈小,則統(tǒng)計直方圖將逐

4、漸接近一條光滑的曲線,當n趨向于無窮大時的分布稱為正態(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差異很大?答:(不會有很大差距,根據(jù)隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律的特點規(guī)律,我們知道當測量次數(shù)比較大時,對測量數(shù)據(jù)取和求平均,正負誤差幾乎相互抵消,各誤差的代數(shù)和趨于零。實驗四電熱法測量熱功當量1.該實驗所必須的實驗條件與采用的實驗基本方法各是什么?系統(tǒng)誤差的來源可能有哪些?答:實驗條件是系統(tǒng)與外界沒有較大的熱交換,并且系統(tǒng)(即水應盡可能處于準靜態(tài)變化過程。實驗方法是電熱法。系統(tǒng)誤差的最主要來源是系統(tǒng)的熱量散失,而終溫修正

5、往往不能完全彌補熱量散失對測量的影響。其他來源可能有水的溫度不均勻,用局部溫度代替整體溫度。水的溫度與環(huán)境溫度差異較大,從而給終溫的修正帶來誤差。溫度,質量及電功率等物理量的測量誤差。2.試定性說明實驗中發(fā)生以下情況時,實驗結果是偏大還是偏小?(1攪拌時水被濺出;答:實驗結果將會偏小。水被濺出,即水的質量減少,在計算熱功當量時,還以稱橫水的質量計算,即認為水的質量不變,但是由于水的質量減少,對水加熱時,以同樣的電功加熱,系統(tǒng)上升的溫度要比水沒有上升時的溫度要高,即水沒濺出在同樣電功加熱時,應上升T度,而水濺出后上升的溫度應是T+T度。用,有Q=(cimiT,分母變大J變小。(2攪拌不均勻;答:

6、J偏大、偏小由溫度計插入的位置與電阻絲之間的距離而定。離電阻絲較遠時,系統(tǒng)溫度示數(shù)比,勻均系統(tǒng)溫度低,設T為均勻系統(tǒng)溫度,溫度計示值應為T-T,用J=A/計算,分母變小,則J變大;離電阻絲較近時,溫度計示值應為T+T,分母變大,因而J變小。(3室溫測得偏高或偏低。答:設0為室溫,若測得值偏高時,測量得到的溫度值為0+;偏低時,測量溫度值為0-,在計算溫度虧損時,dTi=k(Ti-,k是與是室溫無關的量(k與室溫有關,只與降溫初溫和降溫終溫以及降溫時間有關,測得室溫偏高時,dTi=kTi-(0+,每秒內(nèi)的溫度虧損dTi小于實際值,t秒末的溫度虧損Ti=kTi-(0+。此值小于實際值,由于散熱造成

7、的溫度虧損Ti=Tf+Tf,修正后的溫度Tf為:Tf=Tf-Ti,Ti為負值,當測量值低于實際室溫時,Ti的絕對值變小:Tf=Tf+|Ti|,即Tf變小,T變小(其中T=Tf-Tf初,Tf初:升溫初始值,J變大,反之J變小。實驗七(2校正電壓表時,如果發(fā)現(xiàn)改裝的電壓表讀數(shù)總是低于標準表的讀數(shù),分壓電阻應調大還是調小?為什么?答:應調小。讓電路中標準表讀數(shù)不變,即加在改裝電表上電壓值不變。調小電阻,改裝表的總電阻降低,流過改裝毫安表的電流增大,從而讀數(shù)也增加。(3試證明用歐姆表測電阻時,如果表頭指針正好指在表盤標度尺的中心,則這時的歐姆表指示值為什么正好等于該歐姆表的內(nèi)阻值。答:設表頭指針滿刻度

8、電流為Ig、表頭指針指表盤中心時電路中電流為I,根據(jù)題意,當表內(nèi)阻為Rg、待測電阻為Rx時,;根據(jù)歐姆表工作原理,當待測電阻Rx=0時,。即,因而可得Rx=Rg。所以,歐姆表顯示測讀數(shù)即為該歐姆表的內(nèi)阻。實驗八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軌跡?答:在模擬示波器垂直偏轉板上加的是被觀測信號電壓,而在水平偏轉板上加的是鋸齒波(時間線性變化信號電壓,所以示波器的示波管的橫軸相當于直角坐標的時間軸,經(jīng)過一個鋸齒波信號周期,電子束便在示波管的熒光屏上描繪出被觀測信號的波形的一段軌跡。當鋸齒波信號的周期大于或等于周期性觀測信號的周期且與其相位鎖定時(同步,電子束便在示波管的熒

9、光屏上描繪出被觀測信號的波形的同一段軌跡,由于人眼的視覺暫留和熒光屏的余輝,便可以觀測到信號的波形。(2在本實驗中,觀察李薩如圖形時,為什么得不到長時間穩(wěn)定的圖形?答:因為CH1與CH2輸入的是兩個完全不相關的信號,它們的位相差難以保持恒定,所以得不到長時間的穩(wěn)定波形。(3假定在示波器的Y軸輸入一個正弦信號,所用的水平掃描頻率為120Hz,在熒光屏上出現(xiàn)三個穩(wěn)定完整的正弦波形,那么輸入信號的頻率是什么?這是否是測量信號頻率的好方法?為何?答:輸入信號的頻率是360Hz。這種方法不是測量信號頻率的好方法,因為用此方法測量的頻率精確度低。(4示波器的掃描頻率遠大于或遠小于輸入正弦信號的頻率時,屏上

10、的圖形是什么情況?答:掃描頻率遠小于輸入正弦信號頻率時,出現(xiàn)圖形是密集正弦波;掃描頻率遠大于輸入正弦信號頻率時,一個周期的信號波形將會被分解成數(shù)段,顯示的圖形將會變成網(wǎng)狀交叉線。大學物理實驗思考題答案(實驗9-111.電橋由哪幾部分組成?電橋的平衡條件是什么?答:由電源、開關、檢流計橋臂電阻組成。平衡條件是Rx=(R1/R2R32.若待測電阻Rx的一個頭沒接(或斷頭,電橋是否能調平衡?為什么?答:不能,Rx沒接(或斷頭,電路將變?yōu)樯蠄D所示,A、C及C、D間總有電流,所以電橋不能調平。3.下列因素是否會使電橋誤差增大?為什么?(1電源電壓不太穩(wěn)定;(2檢流計沒有調好零點;(3檢流計分度值大;(4

11、電源電壓太低;(5導線電阻不能完全忽略。答:(1由于電橋調平以后與電源電壓無關,則電源電壓不太穩(wěn)定基本不會使電橋誤差增大。(2若檢流計沒有調好零點,當其指針指零時檢流計中電流不為零,即電橋沒有達到平衡正態(tài),此時的測量讀數(shù)中將會含有較大誤差甚至會出現(xiàn)錯誤讀數(shù);(3檢流計分度值大時會使電橋誤差增大,因電橋的靈敏度與分度值成反比;(4電源電壓太低會使電橋誤差增大,因電橋的靈敏度與電源電壓成正比;(5對高電阻不會,當被測電阻的阻值很高時導線電阻可以忽略。4.為了能更好地測準電阻,在自組電橋時,假如要測一個約1.2k的電阻,應該考慮哪些因素?這些因素如何選取?答:應考慮電源電壓,比例臂的電阻值,檢流計的

12、分度值。電源電壓取6V,R1,R2取1000,檢流計取1.5級?A表。實驗十用電位差計測量電動勢1.按圖3-10-4聯(lián)好電路做實驗時,有時不管如何調動a頭和b頭,檢流計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:測量回路斷路?？偛恢噶愕脑?E和Ex極性不對頂;工作回路斷路;RAB上的全部電壓降小于ES,Ex二者中小的一個。2.用電位差計可以測定電池的內(nèi)阻,其電路如圖3106所示,假定工作電池E>Ex,測試過程中Rc調好后不再變動,Rx是個準確度很高的電阻箱。R是一根均勻的電阻絲。L1、L2分別為Kx斷開和接通時電位差計處于補償狀態(tài)時電阻絲的長度。試證明電池

13、Ex的內(nèi)阻r=(L1-L2/L2Rx(Rx為已知。證明:設A為R上單位長度的電位差,Vx為K2的端電壓,則有:Ex=AL1(1Vx=AL2(2而代入(2式得:Rx/(r+RxEx=AL2(3(1式除(3式,整理后得:r=(L1-L2/L2Rx3.用箱式電位差計可以測定電阻或校準電流表。在圖3-10-7(a中,A是待校準電流表,Rx是待測定的電阻,R0是可調的準確度很高的電阻箱,其值可直接讀出,圖(b是UJ37箱式電位差計。怎樣才能把Rx測算出來?A表如何校正?答:測量電阻Rx調整可變精密電阻箱R0(作標準電阻用的阻值,使電流表有適當偏轉,如可能,使R0與Rx相接近。將1點接Ex(+,2點接Ex

14、(-,測出Vx(Rx兩端的電位差。將2點接Ex(+,3點接Ex(-,保持電流不變,測出V0(R0兩端的電位差。因Rx和R0通過的電流相同,故:Rx=(Vx/V0R0校準電流表將3點接Ex(-,2點接Ex(+,調整R0,使電流表A指示第一個校準點。測出R0兩端的電位差V1,得第一校準點的電流I1(I1=V1/R0。同法測出同一校準點的電流I2,I3,。作出校準曲線。4.如圖3-10-4所示的電位差計,由A到B是11m長的電阻絲,若設a=0.1V/m,11m長的電壓降是1.1V,用它測僅幾毫伏的溫差電動勢,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長的電阻絲AB上

15、串接了兩個較大的電阻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,并設計AB(11m電阻絲上的a=0.1mV/m,試問R1+R2的電阻值應取多少?若標準電池E0的電動勢為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:由于電位差計單位長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-1r=(1.1/0.0011-1r=999r當R

16、2I=E0時,R1為最小,即R1=R1min,此時有R1I+E0+Ir=1.1。由于I=VAB/r =0.0011/r,所以R1min=(1.1-E0-Ir/I=73r當R2I+Ir=E0則R1為最大,即R1=R1max,此時有R1I+E0=1.1。所以R1max=(1.1-E0/I=74r實驗十一超聲波聲速的測量1.示波器在使用過程中熒光屏上只有一條水平亮線而沒有被測信號是什么原因造成的?答:在示波器的使用過程中,上述現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn),造成這一現(xiàn)象的原因很多,大致可歸納為:示波器接地(GND(測量時接地按鍵GND應該彈起;衰減開關VOLTS/DIV選擇過大(測量時可先選擇小些;信號發(fā)生器輸出過小

17、或沒有輸出;信號發(fā)生器輸出直流信號;在信號的傳輸中,導線或接頭接觸不良,也可造成該現(xiàn)象;示波器的相關功能鍵都應選擇在正確工作狀態(tài)下?？傊?影響的因素很多,要求使用者在使用前一定認真閱讀教材。2.在測量聲速時,Y1(CH1的輸入信號,由于示波器的Y軸放大器、壓電轉換器、聯(lián)接線路的相移等原因并不與聲波的位相相同,這對于觀察測量聲波波長有無影響?為什么?答:沒有影響。因為波長是波在傳播過程中位相差為2的兩點間的距離,與該處位相無關,所以無影響。3.試比較幾種測聲速方法的優(yōu)缺點。答:實驗講義上共列出了三種測量方法:李薩如圖相位比較法,共振法,波形相位比較法。一般說來,李薩如圖相位比較法測量的比較準,同

18、時便于對知識的溫新和鞏固,對于示波器的使用以及學生動手能力和思考問題的培養(yǎng),不失是一種較好的途徑,但操作比較繁;對于共振法,判斷相對要困難一些,所以測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,只是相位判別不如李薩如圖相位比較法準確,但只要認真操作,誤差也不會太大。大學物理實驗思考題答案(實驗12-151.全息照像有哪些重要特點?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(同時包括振幅和位相以干涉條紋的形式記錄下來,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行:(1物體全息圖的記錄過程;(2立體物像的再

19、現(xiàn)過程。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,而普通照相只能記錄物光波的強度(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,在不同的衍射方向上能夠互不干擾地觀察到每個物體的立體圖象。3.為什么安裝底片后要靜止一段時間,才能進行曝光?答:為了減少震動,提高拍攝質量,減震是全息照相的一項重要措施,要保證照相質量,光路中各

20、元器件的相對位移量要限制在</2范圍內(nèi)。5.普通照像在沖洗底片時是在紅光下進行的,全息照像沖洗底片時為什么必須在綠光甚至全黑下進行?答:因為全息干板涂有對紅光敏感的感光材料,所以沖洗底片時必須在綠光甚至全黑下進行。實驗十三光電效應1.臨界截止電壓與照度有什么關系?從實驗中所得的結論是否同理論一致?如何解釋光的波粒二象性?答:臨界截止電壓與照度無關,實驗結果與理論相符。光具有干涉、衍射的特性,說明光具有撥動性。從光電效應現(xiàn)象上分析,光又具有粒子性,由愛因斯坦方程來描述:h=(1/2mv2max+A2.可否由Us曲線求出陰極材料的逸出功?答:可以。由愛因斯坦方程h=e|us|+ho可求出斜率

21、us/=h/e和普朗克常數(shù),還可以求出截距(h/eo,再由截距求出光電管陰極材料的紅限o,從而求出逸出功A=ho。實驗十四邁克爾遜干涉儀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)向外級次的變化來看有何不同?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)是低級次的干涉條紋在中心,越外級次越高,而邁氏干涉正相反。2.在M1如圖3-14-4所示的移動過程中,將看到條紋的疏密和運動情況有何變化?答:從密到疏,從疏到密,從條紋向環(huán)心縮進到從環(huán)心向外涌出。3.白光照射下,M1在G1和M2之間并逐漸向M2移動過程中,能否觀察到彩色干涉條紋?可

22、否用這種做法來測量薄膜厚度?為什么?答:能觀察到,但是在實際測量中,一般不采用這種做法,原因是對初學者而言,由于實驗經(jīng)驗等因素,非常容易產(chǎn)生回程誤差,給實驗結果帶來影響。實驗十五薄透鏡焦距的測量1.你認為三種測量凸透鏡焦距的方法,哪種最好?為什么?答:共軛法最好,因為這個方法把焦距的測量歸結為對可以精確測定的量L和e的測量,避免了在測量u和v時,由于估計透鏡光心位置不準確所帶來的誤差。2.由推導出共軛法測f的標準相對合成不確定度傳遞公式。根據(jù)實際結果,試說明uB(L、uB(e、uA(e哪個量對最后結果影響最大?為什么?由此你可否得到一些對實驗具有指導性意義的結論?答:uA(L對最后結果影響最大

23、,因為L為單次測量量。對O1、O2的測量時,要采用左右逼近法讀數(shù)。3.測量凹透鏡焦距f和實驗室給出的f0,比較后計算出的E值(相對誤差一般比較大,試分析E大的原因?答:E較大的原因可能是因為放入凹透鏡后所成像的清晰度很難確定,即像的聚焦情況不好,從而導致很難測出清晰成像的位置。4.在測量凸透鏡的焦距時,可以利用測得的多組u、v值,然后以u+v作縱軸,以u·v作橫軸,畫出實驗曲線。根據(jù)式(3-15-1事先推斷一下實驗曲線將屬于什么類型,怎樣根據(jù)這條曲線求出透鏡的焦距f?答:曲線是直線,可根據(jù)直線的斜率求出f,f=1/k,因為1/f=1/u+1/v,即,故可有f=1/k。5.測量凸透鏡的焦距時,可以測得多組u、v值,以v/u(即像的放大率作縱軸,以v作橫軸,畫出實驗曲線。試問這條實驗曲線具有什么形狀?怎樣由這條曲線求出透鏡的焦距f?答:曲線是直線,在橫軸上的截距就是f。大學物理實驗思考題答案(實驗16-最后1.透射光牛頓環(huán)是如何形成的?如何觀察?畫出光路示意圖。答:光由牛頓環(huán)