大學(xué)物理實驗復(fù)習(xí)習(xí)題及答案

1、 分光計的調(diào)整與使用1 本實驗所用分光計測量角度的精度是多少？儀器為什么設(shè)兩個游標(biāo)？如何測量望遠鏡轉(zhuǎn)過的角度？提示：本實驗所用分光計測量角度的精度是：OABCDDCBA·O提示：刻度盤繞中心軸轉(zhuǎn)動，因工藝的原因，中心軸不可能正好在盤的中心，因此轉(zhuǎn)動測量時會產(chǎn)生一個所謂的偏心差，在盤的一直徑兩端對稱設(shè)置兩個游標(biāo)，讀數(shù)求平均即可消除偏心差。見圖。2假設(shè)平面鏡反射面已經(jīng)和轉(zhuǎn)軸平行，而望遠鏡光軸和儀器轉(zhuǎn)軸成一定角度，則反射的小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過1800后反射的小十字像的位置應(yīng)是怎樣的？此時應(yīng)如何調(diào)節(jié)？試畫出光路圖。提示：反射的小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過180o后反射的小十字像的位置不變，此時應(yīng)該調(diào)

2、節(jié)望遠鏡仰角螺釘，使十字反射像落在上十字叉線的橫線上。光路圖如下ABAABBABA或B圖3 望遠鏡光軸未與中心軸垂直的表現(xiàn)及調(diào)整3假設(shè)望遠鏡光軸已垂直于儀器轉(zhuǎn)軸，而平面鏡反射面和儀器轉(zhuǎn)軸成一角度，則反射的小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過1800后反射的小十字像的位置應(yīng)是怎樣的？此時應(yīng)如何調(diào)節(jié)？試畫出光路圖。 提示：反射的小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過180o后反射的小十字像的位置是一上一下，此時應(yīng)該載物臺下螺釘，直到兩鏡面反射的十字像等高，才表明載物臺已調(diào)好。光路圖如下：ABABA或B4.對分光計的調(diào)節(jié)要求是什么？如何判斷調(diào)節(jié)達到要求？怎樣才能調(diào)節(jié)好？提示：（1）對分光計調(diào)整的要求： 望遠鏡、平行光管的光軸均垂直于

3、儀器中心轉(zhuǎn)軸； 望遠鏡對平行光聚焦（即望遠調(diào)焦于無窮遠）； 平行光管出射平行光； （2）各部分調(diào)節(jié)好的判斷標(biāo)志 望遠鏡對平行光聚焦的判定標(biāo)志從望遠鏡中同時看到分劃板上的黑十字準(zhǔn)線和綠色反射十字像最清晰且無視差。（用自準(zhǔn)直光路，調(diào)節(jié)望遠鏡的目鏡和物鏡聚焦） 望遠鏡光軸與分光計中心轉(zhuǎn)軸垂直的判定標(biāo)志放在載物臺上的雙面反射鏡轉(zhuǎn)180o前后，兩反射綠色十字像均與分劃板上方黑十字線重合。（用自準(zhǔn)直光路和各半調(diào)節(jié)法調(diào)整） 平行光管出射平行光的判定標(biāo)志在望遠鏡調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)平行光管聚焦，使從調(diào)好的望遠鏡看到狹縫亮線像最清晰且與分劃板上的黑十字線之間無視差。（把調(diào)節(jié)好的望遠鏡對準(zhǔn)平行光管，調(diào)節(jié)平行光管物鏡

4、聚焦） 平行光管光軸與望遠鏡光軸共線并與分光計中心軸垂直的判定標(biāo)志使夾縫亮線像豎直和水平時能分別與望遠鏡分劃板上的豎直黑十字線和中心水平黑十字線重合。（把調(diào)節(jié)好的望遠鏡對準(zhǔn)平行光管，配合調(diào)節(jié)平行光管的仰角螺釘）5.是否對有任意頂角A的棱鏡都可以用最小偏向角測量的方法來測量它的材料的折射率？為什么？ 不能。提示： 6.在測角時某個游標(biāo)讀數(shù)第一次為343°56'，第二次為33°28'，游標(biāo)經(jīng)過圓盤零點和不經(jīng)過圓盤零點時所轉(zhuǎn)過的角度分別是多少？ 游標(biāo)經(jīng)過圓盤零點： 不經(jīng)過圓盤零點：7在實驗中如何確定最小偏向角的位置？ 向一個方向緩慢的轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤（連同三棱鏡），并用

5、望遠鏡跟蹤狹縫像，在望遠鏡中觀察狹縫像的移動情況，當(dāng)隨著游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動而向某方向移動的狹縫像，正要開始向相反方向移動時，固定游標(biāo)盤，此時確定的角度即是最小偏向角。8. 測量三棱鏡折射率實驗中，從對準(zhǔn)平行光管的位置開始轉(zhuǎn)動望遠鏡，看到的折射譜線顏色排列順序是什么？ 黃、綠、紫實驗8邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用1. 試從形成條紋的條件、條紋特點、條紋出現(xiàn)的位置和測量波長的公式來比較牛頓環(huán)和等傾干涉同心圓條紋異同。 提示：從干涉類型（等厚、等傾）、條紋形狀、條紋分布（疏密、級數(shù)順序、中心明暗）來看。 牛頓環(huán)同心圓條紋是等厚干涉形成的，中間級次低（中心級次最低），越往邊緣級次越高，從反射方向觀察中心是暗條斑

6、。 邁克爾孫同心圓條紋是等傾干涉形成的，中間級次高（中心級次最高），越往邊緣級次越低，若光程差為半波長的奇數(shù)倍，中心暗，若光程差為半波長的偶數(shù)倍，中心明。2. 等傾干涉圖樣與等厚干涉圖樣各定域在何處？ 提示：干涉圖樣定域問題，與所用的光源類型、位置以及薄膜形狀（平行平面狀還是楔形）有關(guān)。如果是點光源，則不論是等傾干涉還是等厚干涉，在與光源S在同一邊的空間的任一點都可得一定的干涉，即干涉現(xiàn)象發(fā)生在光波的整個相遇區(qū)域內(nèi)，稱這種干涉為不定位干涉（也叫非定域干涉）本實驗用光纖激光作光源即是這種情況）；如果是擴展光源，則干涉條紋只能定域在一定的區(qū)域，至于定域在什么位置，取決于M1、M2的位置和取向以及光

7、源的位置。M1、M2平行時，干涉條紋定域在無窮遠處，與光源的位置無關(guān)；而M1、M2不平行，有一微小夾角時，干涉條紋定域在薄膜表面附近，光源位置不同，條紋定位也不同。如下圖所示。擴展光源S平行薄膜，等傾干涉條紋定域在無窮遠楔形薄膜，等厚干涉條紋定域在薄膜附近3. 怎樣準(zhǔn)確讀出可動反射鏡M1的位置？提示：看下例主尺讀數(shù)：33mm粗動手輪讀數(shù)：0.52mm微動手輪讀數(shù)：0.00246mm最后讀數(shù)為：33.52246mm4 邁克爾遜干涉儀中的補償板、分光板各起什么作用？用鈉光或激光做光源時，沒有補償板P2能否產(chǎn)生干涉條紋？用白光做光源呢？ 補償板起補償光程的作用。分光板使入射光束分為振幅（或光強）近似

8、相等的透射光束和反射光束。 用鈉光或激光做光源時，沒有補償板P2能產(chǎn)生干涉條紋，用白光做光源不能。Na光和HeNe激光單色性好，沒有補償板P2，移動M1，改變由M1和M2反射到達觀察屏的兩光束的光程差，使其小于相干長度，即可觀察到干涉條紋。白光單色性差，分出的兩束光只有在光程差0時，才能看到彩色干涉條紋，如果沒有補償板P2，由M1反射的光經(jīng)過分光板三次，而由M2反射的光只經(jīng)過分光板一次，對兩束光產(chǎn)生不同的色散，導(dǎo)致不同波長的干涉條紋位置不同，使光強趨于均勻，干涉條紋會消失 只有使用補償板，才可以使不同波長的光被分成的兩束光都滿足光程差0。5 在邁克爾遜干涉儀的一臂中，垂直插入折射率為1.45的

9、透明薄膜，此時視場中觀察到15個條紋移動，若所用照明光波長為500nm，求該薄膜的厚度。提示插入n1透明薄膜后，光程差改變了2d（n1-1），即=2d（n1-1），所以根據(jù)=k式和k=N，可得 把已知的有關(guān)量（=500nm，n1=1.45，N=15）代入便可計算出d值。實驗9 RLC電路的穩(wěn)態(tài)特性1交流電路中，如何表示電壓和電流的大小和相位的變化？提示：交流電路的電壓和電流有大小和相位的變化，通常用復(fù)數(shù)法及其矢量圖解法來研圖1 LRC串聯(lián)電路究。RLC串聯(lián)電路如圖1所示，交流電源電壓為，則 圖2 RLC串聯(lián)電壓矢量圖RLC電路的復(fù)阻抗 回路電流 ，電流大小 。矢量圖解法如圖2所示，總電壓與電流

10、之間的相位（或與電阻電壓的相位）為，可見，RLC串聯(lián)回路相位j與電源頻率f（）有關(guān)。2什么是RLC串聯(lián)諧振？RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)信號的頻率f為諧振頻率，即感抗與容抗相等（）時，電路的阻抗有最小值（Z=R），電流有最大值（），電路為純電阻，這種現(xiàn)象稱為RLC串聯(lián)諧振。3什么是RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線？根據(jù)幅頻特性曲線怎樣求通頻帶？RLC串聯(lián)回路電流 I 與電源的頻率f（w=2pf）有關(guān)，RLC串聯(lián)電路的If 的關(guān)系曲線稱為RLC串聯(lián)電路的幅頻特圖3 RLC串聯(lián)幅頻曲線性曲線，如圖3所示。RLC串聯(lián)幅頻曲線如圖3所示，將電流I=0.707I0的兩點頻率f1、f2的間距定義為RLC回路的通頻帶D

11、f0.7，當(dāng)RLC電路中L、C不變時，根據(jù)和，電阻R越大，則品質(zhì)因數(shù)Q越小，通頻帶Df0.7越寬，濾波性能就越差（如圖3所示）。4什么是回路的品質(zhì)因數(shù)? 諧振時，回路的感抗（或容抗）與回路的電阻之比稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，以Q表示， 或 5什么是RLC回路的通頻帶？如何比較RLC回路的濾波性能？ 第三題答案。6電路諧振時，電感、電容的電壓與品質(zhì)因數(shù)Q有什么關(guān)系？ 諧振時，電感與電容的電壓有最大值，是電源電壓的Q倍，即圖4 LRC串聯(lián)相頻曲線諧振時，電容和電感兩端的電壓比信號源電壓US大Q倍，有電壓放大作用，要注意元件的耐壓。7RLC串聯(lián)電路的相頻特性是什么？ RLC串聯(lián)電路的j - f的關(guān)系曲線稱

12、為RLC串聯(lián)電路的相頻特性曲線，如圖4所示。8測量幅頻特性時，當(dāng)改變信號發(fā)生器輸出信號頻率，其輸出信號幅度（電壓）有否改變？為什么？ 提示：改變。因信號發(fā)生器有內(nèi)阻，當(dāng)改變信號發(fā)生器輸出信號頻率時，電路中的電流會改變（諧振時電流最大），則在信號發(fā)生器內(nèi)阻上的電壓降會改變（諧振時最大），其輸出信號幅度（電壓）會改變。9使串聯(lián)電路發(fā)生諧振的方法有幾種？怎樣確定電路呈電感性還是呈電容性？信號發(fā)生器輸出信號頻率，使改變L、C使 UR波形在US波形左邊，則US落后于UR（即電壓滯后于電流），電路為電容性，j 值應(yīng)取負號。US超前于UR，電路為電感性，則US超前于UR，j值應(yīng)取正號。波形如圖5所示。圖5

13、ff0 時，UR波形在US波形左邊，則US落后于UR，相差j 取負值。URUOtTtUSUUROtTtff0 時，US波形在UR波形左邊，則US超前于UR，相差j 取正值。10. RLC串聯(lián)電路中，已知電容C耐壓（峰峰值）為50V，回路品質(zhì)因數(shù)Q=100，為了保證電容C不被擊穿，電源電壓US最大不能超過多少？提示： 得實驗14非平衡直流電橋原理與應(yīng)用1平衡電橋與非平衡電橋有哪些不同？ 提示：平衡電橋是通過調(diào)節(jié)電橋平衡，把待測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進行比較直接得到待測電阻值。非平衡電橋不需要調(diào)節(jié)電橋平衡，直接測量電橋輸出信號，然后通過運算得到電阻值。2什么時候用平衡電橋測電阻較好？什么時候用非平衡電橋測

14、電阻較好？ 提示： 被測電阻相對穩(wěn)定量時用平衡電橋。 被測電阻連續(xù)變化時用非平衡電橋3非平衡電橋中立式橋為什么比臥式橋測量范圍大？ 提示：課本106-107頁4“非平衡直流電橋原理與應(yīng)用”實驗中臥式電橋預(yù)調(diào)平衡的目的是什么？ 調(diào)平衡的目的是得出被測電阻在室溫時的電阻值，即5. 掌握臥式電橋的有關(guān)公式，掌握求電阻溫度系數(shù)的方法。 提示：公式看書。 作出圖，并作線性擬合，由直線斜率K求出電阻溫度系數(shù)，為被測電阻在零攝氏度時的阻值。實驗16 用分光計研究光柵光譜1 光柵光譜和棱鏡光譜有哪些不同之處?在上述兩種光譜中，哪種顏色的光偏轉(zhuǎn)最大?提示：光柵光譜依據(jù)光柵衍射產(chǎn)生色散形成。同一級次K，所以可見光

15、中的紅光衍射角最大。棱鏡光譜根據(jù)不同的光在玻璃中的折射率不同而產(chǎn)生色散。n偏向角，故紫光偏轉(zhuǎn)最大。2.如果在望遠鏡中觀察到的譜線是傾斜的，應(yīng)如何調(diào)整？提示：這是由于平行光管透光狹縫傾斜不豎直所致。應(yīng)把平行光管透光狹縫調(diào)豎直。3如何測量光柵的衍射角？根據(jù)測量數(shù)據(jù)怎樣計算譜線的衍射角和光柵常數(shù)？ 提示：參閱教材，記光柵方程。4用白光照射光柵時，形成什么樣的光譜？提示：白光是波長分布連續(xù)的復(fù)色光，可從光柵方程衍射角與波長關(guān)系來分析。（除0級譜線為白光亮線外，各級是從紫光到紅光排列的彩色光譜）5如果平行光并非垂直入射光柵片，而是斜入射，衍射圖樣會有何變化？ 提示：這時光柵方程變?yōu)?，顯然衍射圖樣的0級亮

16、線兩邊譜線位置分布不對稱（±K級譜線的衍射角不相等）。6實驗中當(dāng)狹縫太寬或太窄時將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？ 提示：狹縫太寬則分辨本領(lǐng)下降，如兩條黃光線分辨不清；太窄，透光量太少，光線亮度太弱，視場太暗不利于測量。7當(dāng)用波長為589.3nm的鈉黃光垂直照射到每毫米具有500條刻痕的平面透射光柵上時，最多能觀察到第幾級譜線？ 提示：從光柵方程和衍射角最大可能范圍是900來考慮（由光柵方程，顯然=900時，有）實驗17 等厚干涉實驗1.何謂等厚干涉？ 如何應(yīng)用光的等厚干涉測量平凸透鏡的曲率半徑？（掌握求曲率半徑的數(shù)據(jù)處理方法）提示：由同一厚度薄膜產(chǎn)生同一級干涉條紋的干涉稱作等厚干涉2.試比

17、較牛頓環(huán)和劈尖的干涉條紋的異同點.提示：牛頓環(huán)的干涉條紋為以接觸點為中心的明暗相間的同心圓環(huán)，且中心暗環(huán)附近同心圓環(huán)條紋粗、較稀疏；離中心越遠，條紋越細、越密。劈尖的干涉條紋為平行于棱邊且間隔相等的明暗相間的平行條紋。 原理相同（等厚干涉）。3. 用讀數(shù)顯微鏡測量出來的牛頓環(huán)直徑是真實大小的牛頓環(huán)直徑嗎？提示：干涉條紋和黑十字叉絲移動的距離都放大同樣的倍數(shù)。4從牛頓環(huán)裝置的下方透射上來的光，能否形成干涉條紋？如果能的話，它和反射光形成的干涉條紋有何不同？提示：畫出光路分析。dndmDnDmhrnrmmn圖A牛頓環(huán)下方透射出來的光，也能產(chǎn)生干涉條紋。但由于透射光沒有半波損失，中心點的光程差=2d

18、=0，所以形成的干涉條紋為中心為亮斑的明暗相間同心圓環(huán)。5假如在測量過程中，叉絲中心未與牛頓環(huán)中心重合，測得的是弦而不是直徑，則對R的結(jié)果有無影響？為什么？提示：從右圖A看能否證明（）證明：從右圖，可有 同樣有 -得 表明，若測得的是弦，而不是直徑，則對R計算無影響。6如果待測透鏡是平凹透鏡，觀察到的干涉條紋將是怎樣的？ 提示：畫出光路圖分析。1、 如圖所示，入射光l垂直入射到平凹面鏡后，由于在平凹面鏡與平板玻璃之間存在空氣夾層（很薄，n=1），因此產(chǎn)生分振幅等厚干涉。兩相干光的光程差為 （1）應(yīng)用干涉明暗條紋條件，形成K級暗條紋所對應(yīng)的空氣薄膜厚度d，有下式關(guān)系： （2）或根據(jù)幾何關(guān)系，可得

19、明暗條紋的半徑式：（證明看下面）暗條紋： （3）明條紋： （4） rRdHr仍形成以平凹 透鏡的頂點為 圓心的明暗相間的同心圓環(huán)，但邊緣處=2nd+/2=/2（d=0，n=1）為0級暗紋；中心處，當(dāng)=（2k+1）/2時，為暗紋，當(dāng)=k時，為亮紋，否則其明暗程度介于明紋最亮和暗紋最暗之間。 R2=r2+R-（H-d）2令 L=H-d ，考慮到R L，故略去L2可得r2=2RL=2R（H-d） 代入式=2d+/2，得 由上式和干涉明暗條紋條件得暗條紋： 明條紋： 若Dm、Dn分別是級次為m、n的兩個暗環(huán)的直徑，則由暗條紋公式可得 由此得 與本實驗的測量公式僅差一符號，這是由于外環(huán)級次比內(nèi)環(huán)級次小所

20、致。7觀察牛頓環(huán)時將會發(fā)現(xiàn)，牛頓環(huán)中心不是一點，而是一個不甚清晰的暗或亮的圓斑，為什么？對透鏡曲率半徑R的測量有無影響? 為什么？ 提示：透鏡和平玻璃板接觸時，由于接觸壓力引起形變，使接觸處為一圓面；又鏡面上可能有微小灰塵等存在，從而引起附加的光程差。 沒有影響。由于附加的光程差一定，取二個暗條紋直徑平方差的方法處理，可消除附加的光程差。8. 牛頓環(huán)的干涉條紋各環(huán)間的間距是否相等? 為什么? 提示：不相等。, 即第級暗環(huán)的半徑與的平方根成正比，隨著級數(shù)增大，干涉條紋變密。實驗26 霍爾效應(yīng)傳感器測量楊氏模量1實驗中有什么方法可以間接測出微小的長度變化？提示：霍爾位置傳感器將一個微小位移量轉(zhuǎn)換成了一個電學(xué)量，從而可以通過間接測量得到微小長度變化量。 2什么是楊氏模量？如何用彎曲法測金屬的楊氏模量？ 提示：在彈性限度內(nèi)，材料的應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例系數(shù)稱為楊氏模量。 如何用彎曲法測金屬的楊氏模量？看課本。3什么現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)？寫出霍爾電壓測量微小長度變化量的表達式。 霍爾效應(yīng)是指當(dāng)施加的外磁場垂直于半導(dǎo)體中流過的電流時，會在半