大学物理实验教材课后思考题答案解析

⼤学物理实验教材课后思考题答案解析⼤学物理实验教材课后思考题答案⼀、转动惯量：答：如果考虑空⽓粘滞阻尼⼒矩的存在，⽓垫摆摆动时频率减⼩，振幅会变⼩。（或者说对频率有影响，对振幅有影响）在摆轮摆动中，阻尼⼒矩会越变越⼩。2．为什么圆环的内、外径只需单次测量？实验中对转动惯量的测量精度影响最⼤的是哪些因素？（对测量结果影响⼤⼩）3．试总结⽤⽓垫摆测量物体转动惯量的⽅法有什么基本特点？1.有程序（各种语⾔皆可）K分K分只有K值范围+1分有图和K值范围+2分（2）．混沌具有分形的性质（3）．混沌具有标度不变性（4）．混沌现象还具有对初始条件的敏感依赖性：对具有内在随机性的混沌系统⽽⾔，从两个⾮常失之毫厘，谬。分，否则不给分，只举例的不给分。PN结11-A电流，有哪些优点?61010-~答：具有输⼊阻抗低、电流灵敏度⾼、温漂⼩、线性好、设计制作简单、结构牢靠等优点。PN结温度时，应该注意哪些问题？答：在记录数据开始和结束时，同时都要记录下⼲井中温度θ，取温度平均值θ。在⽤基本函数进⾏曲线拟合求经验公式时，如何检验哪⼀种函数式拟合得最好，或者拟合的经验公式最符合实验规律？R21的函数，拟合得最好。五、地磁场磁阻传感器和霍⽿传感器在⼯作原理有什么区别？答：前者是磁场变化引起材料阻值变化，最终使得电桥外接电压转变为对应的输出电压；后者是磁场变化引起流经材料内部的载流⼦发⽣偏转⽽产⽣电压。为何坡莫合⾦磁阻传感器遇到较强磁场时，其灵敏度会降低？⽤什么⽅法来恢复其原来的灵敏度？当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平⽅关系)，使磁阻传感器输出显⽰线性关系。（或者按复位键）六、⽜顿环??答：222δ+=kkl2222nmnmllrr-=-所以，没有影响，圆环直径的平⽅差等于对应的弦的平⽅差。k级暗环的半径条纹间距所以随着环数增加，条纹越密七、麦克尔逊⼲涉仪测He-NeλkRrkRkr-+=?)1()1(kkRkR++=11λ↓?↑rkM与'2M必须完全平⾏时，才能见到⼀组同⼼的圆形⼲涉条纹？如果M1与'2M不平⾏，将出现什么样的⼲涉条纹？M和MM和Mdi1、2的光idcosdi的光束所形成的是光程差相同的同E为圆⼼的⼀组明暗相间的同⼼圆环。当M1、M2′不再平⾏⽽是有微⼩夹⾓?、且M1和M2′之间形成的楔形空⽓层较薄时，会形成等厚⼲涉条纹。如果⼊射⾓θ很⼩，光束近于垂直⼊射时，cosθ=1-θ2/2，故Δ=22(12)dθ-=22ddθ-,在M1、M2′相交处，d=0，光程差为0，出现中央直条纹；⽽在两镜⾯交线附近，dθ2远⽐λ要⼩，故可忽略，则Δ的变化主要取决于厚度d的变化。所以，在楔形空⽓层上厚度相同的地⽅，光程差也相同，将出现⼀组平⾏于两镜⾯交线的直线，这就是等厚⼲涉条纹；当厚度d变⼤时，dθ2可以与λ⽐较，ft时Δ既决定于d⼜与θ有关，这时得到的⼲涉条纹将随⾓θ的增⼤逐渐发⽣弯曲，凸向两镜交线，ft时已不再是等厚⼲涉条纹。对定域⼲涉和⾮定域⼲涉观察⽅法有何不同？（⽆穷远或透镜焦平⾯处）观察到⼲涉条纹。22的长度改d就不准确，不能⽤来计算晶⽚厚度。从光的单⾊性和相⼲性（相⼲长度）NaHe—NeP2M1，δ≈0时，才能看到彩⾊⼲涉条纹，在δ稍⼤时，不同波长的⼲涉条纹会互相重叠，使光强趋于均匀，彩⾊⼲涉条纹会消失。不能调出来。1n，请提出设计⽅案，⽤迈克尔孙⼲涉仪测量空⽓折射率。答：实验原理：SG121从GM镜，反射回来G2MMG12在空间相遇，发⽣⼲涉。由图1可知，迈克尔逊⼲涉仪中，当光束垂直⼊射⾄M1、M2镜时，两束光的光程差δ为)(22211LnLn-=δ（1）式中，1n和2n分别是路程1L、2L上介质的折射率。设单⾊光在真空中的波长为λ，当,3,2,1,0,==KKλδ（2）知，两束相⼲光的光程差不但与⼏何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。当1L⽀路上介质折射率改变1n?时，因光程的相应改变⽽引起的⼲涉条纹的变化数为N。由（1）式和（2）式可知112LNnλ=nm和mmL10=N，则可以测得0003.0=?n。可见，测出接收屏上某⼀处⼲涉条纹的变化数N，就能测出光路中折射率的微⼩变化。正常状态（PaPCt51001325.1,15?==）下，空⽓对在真空中波长为nm0.633的2M'1MM2MO1L1n2L2n图1迈克尔逊⼲涉仪光路⽰意图激光SG1光的折射率00027652.1=n，它与真空折射率之差为410765.2)1(-?=-n。⽤⼀般⽅法不易测出这个折射率差，⽽⽤⼲涉法能很⽅便地测量，且准确度⾼。实验装置2He-Ne激光作光源nmHT。扩束镜TH是为调节光束使之垂直⼊射在M1、M2镜上时⽤的。另外，为了测量空⽓折射率，在⼀⽀光路中加⼊⼀个玻璃⽓室，其长度为L。⽓压表⽤来测量⽓室内⽓压。在O处⽤⽑玻璃作接收屏，在它上⾯可看到⼲涉条纹。测量⽅法0p1n。若屏上某⼀点（通常观察屏的中⼼）N，则由式（3）可知LNn21λ+=（4）但实际测量时，⽓室内压强难以抽到真空，因ft利⽤（4）式对数据作近似处理所得结果的误差较⼤。应采⽤下⾯的⽅法才⽐较合理。np成正⽐：=??=-pnpn1所以ppnn??+=1（5）将（3）式代⼊该式，可得1MMO图2测量空⽓折射率实验装置⽰意图激光器G⽓压表HTL⽓室打⽓球ppLNn?+=21λ（6）式（6）给出了⽓压为p时的空⽓折射率n。1p2pN，即可由式pn，⽓室内压强不0开始。p=760mmHgpN，⽤（6）n的1、按实验装置⽰意图把仪器放好。打开激光光源。2、调节光路光路调节的要求是：M1、M2两镜相互垂直；经过扩束和准直后的光束应垂直⼊射到M1、M2的中⼼部分。粗调H、TM、MM、M的中⼼，可稍微改变光束⽅向或光源位置。注意操作要⼩⼼，动作要轻慢，防⽌损坏仪器。细调HHH。若移动后光束不再通过⼩孔⽽位于⼩孔M、M反射回来的两列⼩光斑。②⽤⼩纸⽚挡住M2镜，H屏上留下由M1镜反射回来的⼀列光斑，稍稍调节光束的⽅位，使该列光斑中最亮的⼀个正好进⼊H（其余较暗的光斑与调节⽆关，可不管它）。ftM镜上了。调节时应注意尽量使光束垂直⼊射在M镜的中⼼部分。MMMH。ftM镜的中⼼部分了。记住ftM镜上的位置。④放⼊扩束镜，并调节扩束镜的⽅位，使经过扩束后的光斑中⼼仍处于原来它在M2镜上的位置。条纹出现后，进⼀步调节垂直和⽔平拉簧螺丝，使条纹变粗、变疏，以便于测量。1p或即前⾯所说条纹变化）或”N2p6N=6012pp的6p。4、计算空⽓的折射率⽓压为p时的空⽓的折射率为ppLNn?+=21λ我们要求测量p为1个⼤⽓压强时空⽓的折射率。⼋、全息照相⾊、明暗、位置、形状和远近等。九、光电效应1实验时为什么不能将滤⾊⽚罩在光源的出光孔上？答：如果滤⾊⽚不在⼊光孔处，会使得其它频率的光进⼊⼊光孔，⽆法实现单⼀频率光照射阴极⾦属板。2从截⽌电压aU与⼊射光频率ν的关系曲线中，你能确定阴极材料的逸出功么？答：根据AeUha+=ν，测出不同频率ν的⼊射光所对应的截⽌电压aU，由ft可做aU-ν图线，由截距-A/e可求得逸出功A。3如果某种材料的逸出功为2.0eV，⽤它做阴极时能探测的波长红限时多少？答：hA/0=ν=2.0eV/4.13566743×1015-eV·s=4.836×1014HZ⼗、声速测量：调节⽅法是将两个换能器平⾯平⾏放置好，两者之间相距1CM左右，连接好线路，调节信号发⽣器的频率，实验中所⽤换能器频率⼤概在33K~38KHZ之间，所以可以从33KHZ的频率开始上调频率，观察⽰波器上的信号幅度⼤⼩，当幅度越来越⼤，并且达到最⼤值时，该频率即为谐振频率。当空⽓温度变化时，声⾳的频率不变，但波长有变化。S1S2的表⾯互相平⾏，两者平⾏时，测量的误差最⼩。如果两者不平⾏，两者间的驻波随着距离的增⼤会减⼩，引起测量误差。⼗⼀、⽤电位差计校准毫安表1如何确定负载电阻的阻值范围，为什么？答：⽤滑线变阻器组成的分压电路中，负载电阻为滑线变阻器阻值2倍以上时，均匀调节滑⽚可以使得输出电压均匀线性变化。本实验要求电流表电流可调，滑动变阻器阻值为RP=550Ω，RS=100Ω,所以RL≥2*RP-RS=1000Ω2分析试验中引起校准误差的主要原因有哪些？你采⽤何种措施使误差减⼩？答：系统误差：电表的不确定性（包括标准电池，电位差计，电阻箱等），导线电阻引起的电流减⼩的误差等。随机误差：电源的波动，估读数据数据的读数误差，做修正曲线时描点等误差。2电流表读数时要使⽬光正视指针，UJ3600-3V的电压表，提出你的设计线路并拟定实验⽅案。（3分）电压表和电位差计都是测量电位的仪器，只要两者并联去测量同⼀个电压即可进⾏校准。只是⼀般的电位计的量程较⼩，不能与量程较⼤的电压表同时去测⼀较⼤的电压，为ft我们可以将⼀分压箱与电压表并联，只要⽤电位差计测得分压箱上⼀定⽐例的电压，再乘上所使⽤的分压箱的倍率，即可得到电压表两端的实际电压，同样，调节8～10个电压值，即可作出电压表的校准曲线。12345678910V的⽰数V0.30.60.91.21.51.82.12.42.73.0上⾏U1下⾏U2真值U偏差ΔU表中数据电压单位均为V.1U为上⾏测量时电位差计的读数，2U为下⾏测量时电位差计的读数VEKRR1R2电位差计校准电压表电路真值U为电压表两端的实际电位差测量值的平均，()21212221UUUUU+=?+?=⼗⼆、落球法测量液体的黏度12、如何保证在⼩球运动过程中不产⽣漩涡？使落球导管的末端浸⼊蓖⿇油，让⼩球沿着落球导管慢慢进⼊液体⼗三、电⼦束偏转与电⼦⽐荷测量1、请从理论和实验⽅法上⽐较各实验的误差，讨论其产⽣的原因，并提出改进意见总体来说，零电场法⽐电偏转法测量的误差要⼩。实验4.13铁磁材料磁化特性研究顺磁材料分⼦电流说和有序排列5.11光栅衍射适⽤条件：平⾏光垂直⼊射。判断：平⾏光，分光计调节中光缝成清晰的象垂直⼊射，光栅玻璃⾯反射的亮⼗字和望远镜的上叉丝重合。光栅：由于不同波长的光在其衍射⾓不同产⽣的衍射光谱。谱线是分级的。赫兹实验1．IP-Ua呈现出有规律的起伏变化，IP的⾕峰不为零，⽽且沿U轴升⾼。由波尔理论可知，当电⼦与原⼦碰撞时，如果电⼦能量⼩于临界能量，则发⽣弹性碰撞；如果电⼦能量⼤于临界能量，则发⽣⾮弹性碰撞。Ua从零增⼤，板极电流也随之增⼤，表⽰电⼦动能增加，到达板极的电⼦数⽬必随之增多，这说明电⼦在UaUo时，这时电⼦与⽓板IUa，板极电流⼜逐渐回升，说明电⼦与⽓体原⼦碰撞后的剩余能量能Ua2Uo时，I⼜转为下降，说明电⼦与⽓体原⼦发⽣了第⼆次⾮弹性碰撞⽽失去能量，并且受到减速电场的阻挡不能到达极板，电流再度下降，如ft往复。2UR在peURP形成板极电流Ip,当UR增⼤时，到达板极p的电⼦数减⼩，相应的板极电流Ip减⼩。⾳频信号的光纤通信的光电特性。在信号传输中，为了避免和减少⾮线性LED如果直流偏置过⼤，出现饱和失真，直流偏置过⼩出现截⽌失真。对于⾮线LEDLED获得⽆截⽌畸变幅度最⼤的调制，有利于信号的远距离传输。光发送器部分，光纤部分，光接收器部分都有可能引起光信号的衰减。光源器件主要有半导体发光⼆极管和半导体激光器。光探测器⼜叫光检测器，光接收机的主要部件是光检测器，也就是⾼灵PNSPD的管壳上有⼀个能让光射⼊其光敏区的窗⼝。ft外，与普通⼆极管不同，它经常⼯作在反向偏置电压状态或⽆偏压状态，因ft，SPD的光电特性线性度好。常见的光电⼆极管有俩种：PIN光电⼆极管和雪崩光电⼆极管(APD)光检测器⼀般要满⾜以下要求：（1）在系统⼯作要求的波长区域范围内，有⾼的量⼦效率；（2）响应速度快；（3）具有好的线性输⼊-输出性质；（4）能在通常条件下可靠的⼯作。电桥1、试证明单臂电桥平衡时，四个桥臂的阻值满⾜4231RRRR=.答：当电桥平衡时，检流计中电流为零，即DBUU=,所以43124411,IRIRIRIR==,所以，4321RRRR=,即4231RRRR=。2、若单臂电桥中有⼀个桥臂断开（或短路），电桥是否能调到平衡状态？若实验中出现该故障，则调节时会出现什么现象？答：不能调到平衡，检流计的指针始终朝⼀个⽅向偏转。3、在实际操作电桥测电阻时，总是要先预置仪器上的数值⼤致等于被测电阻的阻值，为什么要这样做？答：这样使电阻箱的阻值与待测电阻的阻值较接近，B、D之间的压降不会太⼤，检流计的偏转不会过于剧烈，从⽽保护检流计；同时先预置阻值可以使调节过程更加⽅便快捷。电位差计1、电位差计具有很⾼的准确度和灵敏度，与电路中的哪些元件关系密切？标准电池、检流计11⽶电阻丝2、如果实验中发现检流计总往⼀边偏，⽆法调到平衡，试分析可能有哪些原因？电源电压过⼤或过⼩；补偿电路正负极接反；回路中发⽣断路现象；标准电池损坏；待测电池带电量过⼩3、根据式推导内阻测量不确定度的计算公式。SxxxRlllr)(''-='-'-+='-'-=xxxSxxxSlllRlllRrln)ln(lnln)(lnln'-=??xxxlllr1lnln)(11lnlnxxxxxxxxllllllllr-''='-'--='??222222))(()1()lnln()lnln(''-''+'-='??+??=XXXXLxxxxLxxLxLxrUllllUllrUlrUlrrU密⽴根油滴向油雾室喷油时为什