西安石油大学物理实验(1)预习思考题答案

1、 物理实验中心物理实验预习题详解答案I-6 万用表的使用（答案）I-6-1 答：万用表在测量电流、电压时，指针越偏向满度测量值的误差越小，因此在测量电流、电压时，应选择合适的量程，使指针偏向2/3满度范围之内，这样测量误差较小。 在测量电阻时，应选择合适的档数使指针指向面板分度的1/2附近，当被测电阻与中值电阻相差不多时，这样测量误差较小。I-6-2-1 答：对于500型万用表，其面板上有五条刻度： 表示直流电压、电流和交流电压都可以使用。表示此条刻度是为交流10V测量时用；表示此条刻度是为测量电阻时用；表示此条刻度是为测量交流电流时使用；db表示此条刻度用于电平测量。 S1与S2拨盘应互相配

2、合使用，如测直流电流、电压时S1与S2都应拨到与直流电压有关的档位上。切不可相互独立使用。测量完毕后，S1与S2应放在“”档。 测R时，在中值电阻附近精度为2.5,即相对误差为2.5%, 测和 时，精度为2.5级，即在满量程时相对误差为2.5%， 测和时，精度为5.0级，即在满量程时相对误差为5.0%。I-6-2-2答： 测电阻时先估计一下被测电阻的阻值，然后选择合适的档位，在测量之前，应先将欧姆表短路调零，如果测量时指针偏转过大或过小，则应重新选择档位。但每换一次档位都要短路调零。 中值电阻就是欧姆表的内阻，减少或增大中值电阻的方法就是减少或增大欧姆表的内阻，即改变测量档位，如10档位时的中

3、值电阻比1K时的中值电阻要小。 测量电阻时，应使指针指向刻度盘中央附近，如果不满足，则应改变档位。读数时，刻度盘上的值只表示单位值，单位值乘上档位值才是具体欧姆值。如在100档位，指针指在刻度盘上9.2上，这时的测量电阻值为 9.2100=920。I-6-2-3答： 测电流时，应把万用表拨到电流档，然后串入电路中测量。 在测量一个未知电流时，应先将电流档位调到最大。测量后，如果表针摆动较小，再逐步调小档位，直到表针指向表盘的2/3满度之间。 测量结果为I I，其中I为直读值， I= S%，（ 为满刻度值，S为电流表级别）I-6-2-4答： 测电压时，应先把万用表拨到电压档，然后并入电路中测量。

4、 在测量一个未知电压时，应先将电压档位调到最大，测量后如果表针摆动较小可逐步调小档位，直到表针指向刻度盘的2/3满度之间。 测量结果V V，其中V为万用表的直读值， V= S%（ 为满刻度值，S为电压表的级别） 一般万用表的表头是磁电系仪表，在测量交流电压时，读到的结果是有效值。I-6-2-5答： 欧姆表测电阻时，是通过测量通过电阻的电流来判断电阻大小，电流大则表示阻值小，反之亦然。如果用欧姆表测表头，可能会因测量电流过大而损坏表头。如果用欧姆表去测电源电阻，由于欧姆表内阻小（欧姆表内阻实际是电流表的内阻，比较小），而电源流过欧姆表内的电流过大，会损坏万用表表头。 不能用万用表的欧姆档测电压的

5、道理同用欧姆档测电源内阻一样，会因表头内阻小而造成较大电流损坏万用表的表头。II-7 万用表的使用（单页讨论题答案）II-7-1 答：同I-6-2-5。II-7-2 答：同I-6-2-5。II-7-3 答：同I-6-2-2 。II-7-4 答：欧姆表电路如图所示，从图中可以看出指针式万用表测电阻的实质是让一个电流通过被测电阻 ，测量电流大，则表示 小，反之亦然，即如果 =，那么I= 即表示表针指向满度。如果 =X，即开路，那么I=0。如果欧姆表使用一段时间后，由于电路中电源E的内阻增大，在 =0时I ，这样就造成测量误差，因此应调节 使 =0时，I= ，以保证测量结果正确。 -2 刚体转动惯量

6、的测量（答案）-2-1.答:1.刚体转动定律:刚体所受合外力矩等于刚体转动惯量与转动角加速度的乘积。 2.对于实验装置依据转动定律可得： -2-2.答：刚体转动惯量与刚体的质量，质量分布和转轴的位置有关。在边缘 s=82.50cm r=25.0mm12310.0012.0912.0312.0712.06145.515.009.559.619.549.5791.5220.008.208.218.168.1967.125.007.267.287.297.2852.930.006.616.596.596.6043.535.006.006.016.036.0136.240.005.635.635.62

7、5.6331.7在中间 s=82.50cm r=25.0mm12310.007.877.897.887.8862.115.006.216.216.236.2238.720.005.395.435.395.4029.225.004.704.774.724.7322.430.004.294.314.294.3018.535.003.964.013.953.9715.840.003.743.733.753.7414.0由作图法得到的结果（请同学们自己作图）可以看出，质量分布不同，转动惯量也不同。越靠近转轴，转动惯量就越小，m0越远离转动轴，转动惯量则越大。-2-3答：只有调节好转轴的铅直，刚体自身重

8、力才不会产生力矩作用。才能保证实验结果的正确。 调节时要从两个不同的方向观察调节，使铅锤的下端点与转动惯量仪转轴的下方孔正对，这样就能保证转轴的铅直。-2-4.答：若空心圆柱 不对称,则要求转轴的铅直更严格,若稍有偏离,就会给测量带来误差.-2-5答：测量原理公式为：可见，J包含在 图的斜率当中。而且该斜率不含摩擦力矩项，摩擦力矩项在截距当中。因此，摩擦力矩不影响转动惯量的测量。I-5 示波器的使用（答案）I-5-1答：示波器一般由电子射线示波管，X 轴、Y轴电压放大器，扫描和整步电路，电源等部分组成。 示波管的功能是发射一束强度可调且能聚焦的高速电子流。 X轴、Y轴电压放大器的功能是将X轴或

9、Y轴输入的微小信号放大送入示波管的X偏转板或Y偏转板上，使电子射线的水平（垂直）偏转距离正比于信号的瞬时值。 扫描电路的功能是使光点能完成沿轴由左向右匀速运动及反跳回起始位置的周期过程。 整步的功能是使波形稳定地显示在屏上。 电源的功能是为示波器内各单元线路提供所需的交直流电压和电流。 当X轴上无锯齿波信号，同时Y轴无输入信号时，荧光屏上只呈现一个亮点（静止）。I-5-2答：交流电表的示值为有效值，当峰值为5.6V时，其有效值为 V.I-5-3答：因为示波器探极具有1：10衰减，则6.3V衰减为0.63V,其峰-峰值为 ，示波器上垂直方向共有8.0格，当信号最大地显示在屏上时，最易读数，因此，

10、由1.78/8.0=0.290.5得，电压灵敏度开关应旋到0.5伏/格。本实验所用示波器能测量的最大电压的峰-峰值为8.0510=400V，扫描频率是20MHz。I-5-4答：示波器测量信号频率的两种方法：一是直接测量信号的周期，根据周期与频率的关系求出频率，即频率 ；第二种方法是利用李萨茹图形，因为X轴信号的频率fx与Y轴信号的频率fy及图形与X轴的切点数nx和Y轴的切点数ny间有如下关系： ，所以只要从图形中数出切点数，再已知一个信号的频率，即可求另一未知信号的频率。 当屏上出现 波形时，, ;当屏上出现 波形时， , .若新购进一台示波器，可利用标准信号来测试示波器是否合格。因为标准信号

11、的峰-峰值已给出，只要通过示波器测量一下，看测量结果与标定值是否一样，若一样，证明示波器合格。示波器的标准信号频率一般是1000Hz。-8 光的等厚干涉-牛顿环、劈尖（答案）-8-1.答：调节显微镜正确的顺序是：c、调节反光镜,使视场变亮,且亮度均匀；d、调节目镜使十字叉丝清楚；b、调节焦距,使被测物清晰；a、将十字叉丝对准被测物。-8-2.答：其作用是将光源发出的光反射到劈尖或牛顿环装置上，并且能使入射到劈尖或牛顿环装置上的反射光能到达显微镜物镜中。观察反射光的干涉条纹时，应将玻璃片的下表面对准光源，并与入射光线成45角。-8-3.答：用一平面反射镜使光线从牛顿环装置下面入射，用显微镜从上面

12、观察透射光的干涉。就是透射光的牛顿环。它的干涉条纹明和暗正好与反射光的牛顿环的明和暗相反。在我们的实验中用的是反射光进行干涉实验的。-8-4.答：由于平板玻璃和平凸透镜之间不是理想状态的接触，由于灰尘等原因形成微小间隙，会使两束干涉光产生附加光程差。中心若为亮斑对测量平凸透镜的曲率半径没有影响。-8-5.答：因为中心附近的环(级次低)纹粗有变形，不是规则的圆，而且级次低的环直径小，测量误差较大。-8-6.答：显微镜的放大倍率是角放大倍率，也就是说只是把人观察微小物体的视角放大了，并没有把观察物体放大，因而显微镜所测的是牛顿环本身的直径。如果改变显微镜的放大倍率，自然不会影响测量结果。-8-7.

13、答：牛顿环出现局部外凸的现象，因为平板玻璃上的凸起减小了所对应的空气间隙的厚度。-8-8.答：b-8-9.答：在牛顿环测量曲率半径时,不强调必须找准牛顿环中心,因为通过测量弦长同样可以计算出牛顿环的曲率半径。-8-10.答：牛顿环的干涉条纹为以接触点为中心的明暗相间的同心圆环，且中心暗环附近同心圆环条纹粗、较稀疏；离中心越远，条纹越细、越密。劈尖的干涉条纹为平行于棱边且间隔相等的明暗相间的平行条纹。I-7 惠斯登电桥测电阻（答案）I -7-1. 答: 惠斯登电桥是由桥臂（比率臂R1/R2、比较臂Rs、待测臂Rx）、桥路(检流计、工作电源)组成。 电桥平衡的条件是: 或: 相对臂电阻乘积相等。即

14、R2Rx=R1Rs (见讲义图2-38惠斯登电桥原理图)-7-2. 答: Rh可用开关并联在检流计G两端,起到分流作用,用于电桥平衡调节时的粗调。 Rn是串联在电源回路中的，其作用是限制电桥电路电流。 它们对电桥平衡没有影响，只是灵敏度降低。-7-3. 答： 因实验中所用惠斯通电桥Rs有四个刻度盘，能取4位有效数字。不可能取大于4位的数字。如少于4位，则降低了测量精度。 测500 左右的电阻，应根据：（Rs取四位有效数）即： 取比率臂0.1.-7-4. 答： 把被测电阻和比较电阻箱（即Rx和Rs)对调,再测一次,再根据 两式相乘再开方得出： 并求出 f%是比较电阻箱的相对误差。即消除了比率臂电阻箱引入的误差。这种误差属系统误差。-7-5.答: 电源正负接反;电源与检流计位置互换；仍可正常测量。不能正常测量的各种情况下会出现什么现象？答：比率比选择不当将使测量精度下降。检流计支路断线或检流计