大学物理实验第一册习题与思考题.pdf

1 大学物理实验 第一册大学物理实验 第一册习题与思考题习题与思考题 第一章 实验测量不确定度与数据处理习题 1 指出下列各项各项哪些属于系统误差 哪些属于偶然误差 a 米尺刻度不均匀 b 实验者的偏见 c 刻度因温度改变而伸缩 d 最小分度后一位的雇计 c 游标卡尺零点不为零 f 电表指针的磨擦 g 视差 2 下列数值改用有效数字的标准式来表示 1 光速 299792458 100 米 秒 2 热功当量 41830000 40000 尔格 卡 3 比热 C0 001730 0 0005 卡 克度 4 电子的电荷 4 8030 10 10静库 准确到 0 1 5 9876 52 准确到 0 2 3 请把下列各数值正确的有效数字表示于括号内 1 3 467 0 2 2 746 000 2 3 0 002654 0 0008 4 6523 587 0 3 4 下列各式的算术运算都是正确的 就是没有考虑到有效数字的问题 假设下列各数值的最 后一位都是估计 可疑 的 请在括号内以有效数字表示其正确答案 1 1 732 1 74 3 01368 2 10 22 0 0832 0 41 0 34862464 3 4 20419 30 034 6038 6 0421 8 y 4 628 7 7 8 80 6026 5 17 34 17 13 14 28 2 9988 5 计算下式结果及其不确定度的表示式 N A 2B C 5D 设 A 38 206 0 001cm B 13 2487 0 0001cm C 161 25 0 01cm D 1 3242 0 0001cm 6 一圆柱体的直径为 2 14 0 02 厘米 求其横截面积 2 7 两分量 10 20 0 04 厘米 和 3 01 0 03 厘米 相加时其不确定度该如何表示 相 乘时其不确定度又该如何表示 8 一个正方体铁块的边长为 10 3 0 2 厘米 质量为 8665 8 克 试求其密度的不确定 度表示式 并用 克 厘米 为单位表示结果 9 写出下列函数的不确定度表示式 分别用不确定度的算术合成和几何合成法表示 用最 合适的方法从不确定度或相对不确定度中选择一种 1 zyxN2 2 2 22 BAk Q 其中k 为常数 3 A LA f 4 22 4 at V V t 1 0 10 用量程为 125mm 的游标卡尺测量一钢珠直径 10 次 已知仪器最小分度值为 02mm 仪 器的最大允差 仪 0 02mm 测量数据如下 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dmm 3 32 3 34 3 36 3 30 3 34 3 38 3 30 3 32 3 34 3 36 求测量列的平均值 标准差 测量列的 类及合成标准不确定度 11 用伸长法测量杨氏模量的实验数据 改变砝码质量m测钢丝伸长量 0 xxN i m和 N数据如下表 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 kgm 0 000 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 cmN 0 00 1 11 2 21 3 25 4 25 5 20 6 15 7 31 试用逐差法 作图法和计算机直线拟合法求出斜率k 并分析其不确定度 12 历年来真空中光速的测量结果如下 求其权之比及其不确定度的表示式 年代 工作者 方法 结果 千米 秒 不确定度 千米 秒 1907 Rosa Dorsey Esu emu 299784 15 1928 Karolus 克尔盒 299786 15 1947 Essen 谐振腔 299792 4 1949 Aslakson 雷达 299792 4 2 4 1951 Bergstant 光电测距仪 299793 1 0 26 1954 Froome 微波干涉仪 299792 75 0 3 1964 Rank 等 带光谱 299792 8 0 4 1972 Bay 等 稳频 He Ne 激光器 299792 462 0 018 1973 平差 299792 4580 0 0012 1974 Blaney 稳频 CO2激光器 299792 4590 0 0006 3 1976 Woods 299792 4588 0 0002 1980 Baird 稳频 He Ne 激光器 299792 4581 0 0019 1983 国际协议 299792 458 精确值 13 用四种仪器测量一薄板的厚度所得数据如下 求其权之比及其不确定度的表示式 1 螺旋测微计测得 d1 1 4030 0 0004 cm 2 测量显微镜测得 d2 1 4064 0 0003 cm 3 球径计测得 d3 1 4014 0 0002 cm 4 光杠镜测得 d4 1 405 0 003 cm 14 测定某角度 共两次 得其值为 1 r1 24 13 36 0 3 1 及 2 r2 24 13 24 0 13 8 求其权之比及其不确定度的表示式 15 甲乙两人用某一测角器来量度某一晶体的面角 测得结果如下 试求二人所得结果中的 权的比及其不确定度的表示式 甲 乙 24 23 40 24 23 30 24 23 45 24 23 40 24 23 30 24 23 50 24 23 35 24 23 60 24 23 36 24 23 20 第三章 基本实验习题与思考题 一 长度和固体密度的测量思考题 1 天平的使用规则中 哪些规定是为了保护刀口 2 用米尺 20 分尺游标卡尺和螺旋测微计分别单次测量同一金属板的厚度 若测量值都是 4mm 那么这三个测量值分别应如何记录才是正确 3 螺旋测微装置 其测微螺杆的螺距为 0 5mm 微分筒周界刻有 100 等分格 试问该装置 的分度值为多少 二 伸长法测定杨氏弹性模量思考题 1 本实验中 为什么测量不同的长度要用不同的仪器进行 它们的最大允差各是多少 2 根据实验不确定度几何合成方法 写出杨氏模量E的相对不确定度的表达式 并指出哪 一个测量影响最大 3 本实验所用的逐差法处理数据 体现了逐差法的哪些优点 若采用相邻两项相减 然后 求其平均值 有何缺点 4 若将 b D2 作为光杠杆的 放大倍率 试根据你所得的数值计算 b D2 的值 你能想出几种 改变 放大倍率 的方法来吗 5 光杠杆法有何特点 你能应用光杠杆法设计一个测定引力常量G的物理实验吗 三 弦线上波的传播思考题 1 安装设备时 若图 3 3 1 中 A B 及 P 三点不在同一直线上 对实验结果有何影响 它 使弦线受到的实际张力较mg大或小 2 测定波长时应当测一个驻波的长度或几个驻波的长度 为什么 4 3 试分析固定张力法测音叉频率的不确定度来源 四 气垫弹簧振子的简谐振动思考题 1 在测量周期时 挡光片的宽度对测量结果有无影响 为什么 其影响大小如何 2 弹簧的实际质量必须远小于滑块质量 为什么 五 声速的测定思考题 1 本实验处理数据时 用逐差法求波长 试说明有什么优点 其物理意义是什么 2 如果信号发生器的频率未调整到谐振状态 对测量结果会不会影响 为什么 3 是否可以用此方法测定超声波在其他媒质 如液体和固体 中的传播速度 六 电热当量的测定思考题 1 试用不确定度传递公式计算本实验的相对确定度 J UJ 指出哪一个量对测量结果的影响 最大 2 切断电源后 水温还会上升少许 然后才开始下降 记录 12 tT 及用作图法求 f T时 应 如何处理方为正确 3 为什么要限制加热的温升速率 过大或过小的温升速率对实验结果有什么影响 4 根据牛顿冷却定律 你能否提出与本实验讲义不同的修正方法 七 测量冰的溶解热思考题 1 为什么冰和水的质量要有一定的比例 如果冰投入太多 会产生什么后果 溶化后的水 温有什么限制 2 为什么实验的温度降落过程要从高于室温变到低于室温 如果整个实验过程中温度变 化都低于室温 则后果如何 八 电阻元件伏安特性的测定思考题 1 使用各种电表应注意哪些主要问题 2 根据电表的准确度级别 如何确定测量结果的有效数字的位数 3 测量元件的伏安特性曲线有何意义 4 用伏安法测电阻实验中 如何减小 消除电表的接入误差 5 非线性元件的电阻能否用万用表来测定 为什么 6 由实验所得的特性曲线 说明静态电阻和动态电阻特性的区别 九 电表的扩程与校准思考题 1 若将本实验改装的 10mA 电流表误作直流电压表去测 100V 电压 这时通过表头的电 流为多少 会发生什么后果 不允许试验 2 何谓电压灵敏度 电压灵敏度的高低对测量有何影响 本实验设计的电压表其灵敏度 为多少 一个满标电流为 g I 内阻为 g R的表头 现 欲改为右图所示的等效电流量程为 g I 等效内 阻为 g R 求 1 R及 2 R各为多少 绘制校正曲线有何实际意义 十 惠斯登电桥思考题 1 以下哪些因素会使电桥的测量误差加大 电源电压大幅度下降 5 电源电压稍有波动 检流计灵敏度不够高 检流计零点没有调准 在测量低电阻时 导线电阻不可忽略 2 在电桥实验操作中 应注意哪些问题 总结使电桥较快达到平衡的方法 十一 用双电桥测低电阻思考题 1 双电桥电路中式 21 R R R R BA 是否一定要满足 为什么 2 测量金属棒电阻率时 其有效长度 L 应该是哪两个点间的距离 3 如果发现电桥的灵敏度不够高 原则上可采取哪些措施 这些措施受什么限制 十二 应用霍尔效应测量磁场思考题 1 若把霍尔片的法线方向与磁场 B 的方向不一致 将如何影响霍尔电压测量结果 2 如何测量霍尔元件的灵敏度 3 如何利用霍尔元件测量电磁铁芯的相对磁导率 4 若磁感应强度 B 和霍尔元件 lb 平面不完全正交 按式 3 12 4 算出的磁感应强度 B 比实际值大还是小 如果霍尔元件在空间可自由转动 怎样判断 B 与元件的方向是一致 的 要准确测定磁场 实验应怎样进行 5 用霍尔元件也可以测量交变磁场 在图 3 12 3 将 IM 电流源换成低压交流电源 那 么 为了测量磁极间隙中的交变磁场 图中的装置和线路应作那些改变 十三 示波器的使用思考题 1 示波器正常 但开机后荧光屏上看不到亮点 问这是由于哪个旋钮调节不当造成 2 用示波器观察波形 在荧光屏上出现下面两种情况 该调哪些有关旋钮才能观察到波形 1 当屏上呈现一条垂直的亮线时 2 当屏上呈现一条水平亮线时 3 示波器观察到正弦波图形不断往右 跑 问锯齿波扫描频率偏高还是偏低 3 观察李沙育图形 能否调示波器上的扫描和整步旋钮使图形变化缓慢 十四 RLC 串联谐振特性的研究思考题 1 对本实验电路 当电源频率处于低频段 相对于 0 f 时 哪个元件上的电压值与电源电 压接近 频率处于高频段时又如何 2 在谐振频率处 频率处的输出电压是最大还是最小 为什么 3 在实际测量中 谐振时电阻器 0 R两端电压 Rm U小于电源两端电压U的原因是什么 4 如何应用 谐振法 测量电容或电感 6 十五 分光计调节及三棱镜折射率的测量思考题 1 调节望远镜时 若找不到平面镜反射回来的绿色亮十字 估计有哪些原因 2 调整望远镜光轴垂直仪器转轴时 若观察到的现象是 平面镜 A 面反射的绿色十字像在 上十字叉丝下方 2mm 处 而平面镜转过 1800 后至 B 面 绿色十字像在上十字叉丝下方 10mm 处 问 a 望远镜是否垂直仪器转轴 平面镜是否平行仪器转轴 若两者均不满足 何者偏 离较大 b 如何调节能较迅速使得平面镜转过 1800 的前后两次反射的绿色 十字像都和上十 字叉丝重合 3 分光计调节符合要求后 放上三棱镜后 位什么还要进行两个光学面 AB 面及 AC 面 与望远镜光轴相垂直的调节 位什么这时候不能采用渐近法进行调节 4 用棱脊分束法测三棱镜顶角时 为什么必须把三棱镜顶角 A 置于载物台的中心附近 试 作图说明 十六 用牛顿环测定透镜的曲率半径思考题 1 你所观察到的全部牛顿圈是否都在同一平面上 为什么 你能否利用本实验设备 从实 验中检验你的回答正确与否 2 为什么测量过程中 显微镜的刻度鼓轮只能单方向移动 3 测量时 为什么叉丝的交点应对准暗条纹的中心 5 若用白光代替单色光照射 则所观察的牛顿环将变成怎样 十七 迈克耳逊干涉仪思考题 1 为什么在迈克耳逊干涉仪调节的过程中 会出现干涉条纹从直条纹 弧形条纹 同心圆 环条纹的变化现象 2 调节迈克逊干涉仪 1 M和 2 M镜倾斜状态时 为什么会出现几个反射象 应如何调节 2 如何确定两光束等光程时 1 M的位置 十八 光速的测量思考题 1 通过实验观察 你认为波长测量的主要误差来源是什么 为提高测量精度需做哪些改 进 2 本实验所测定的是MHZ100调制波的波长和频率 能否把实验装置改成直接发射频率为 MHZ100的无线电波并对它的波长进行绝对测量 为什么 3 如何将光速仪改成测距仪 十九 夫朗克 赫芝实验思考题 1 灯丝电压的改变对夫朗克 赫芝实验有何影响 2 拒斥电压和第一栅极电压的改变对夫朗克 赫芝实验有何影响 3 你从夫朗克 赫芝实验的构想和设计中受到什么启迪 4 你对利用最小二乘法处理夫兰克 赫兹实验数据有什么联想 对于使用最小二乘法有什 么体会 二十 光电效应与普朗克