简明大学物理实验教程 习题及答案汇 黄立平 第1-9章 应用型大学物理实验课程的建设

第一章应用型大学物理实验课程的建设简答题1.简述三次工业革命。第一次产业革命以1774年蒸汽机的发明为标志要由纺织机改革引起的动力需求产生了近代的纺织业和机械制造业，使得人类进入到利用机器延伸和发展人类体力劳动的时代其科学技术的理论基础是伽利略自由落体定律、开普勒行星运动三大定律和牛顿在《自然哲学和数学原理》中建立的完整力学体系。第二次产业革命是以1875年发电机应用为工业标志的电气化，实现了生产方式的电气化。其理论础是1820的电磁现象(电动机原理)，1831电感应定(发电原理)和1840年的电磁波理论。第三次产业革命是以1946年发明的计算机为标志的新信息技术革命其核心是以微电子技术为基础的电子信息技术，实现了生产方式的自动化，并向信息化、智能化方向发展，包括新材料、新能源、生物工程、海洋工程、航空航天技术和电子信息技术等。其理论基础是量子力学和相对论。2.简述大学物理实验课程的基本要求。大学物理实验应包括普通物理实验(力学、热学、电磁学、光学实验)和近代物理实验，具体的教学内容和基本要求如下：(1)掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力。掌握测量误差与不确定度的基本概念，能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评估。掌握处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算机及其应用技术的普及，应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。(2)掌握基本物理量的测量方法。例如，长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、发光强度、折射率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量，注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。(3)了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。例如，比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉法、衍射法等方法以及在近代科学研究和工程技术中广泛应用的其他方法。(4)掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用。例如，长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、交/直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器。(5)掌握常用的实验操作技术。3.简述现代精确科学的研究范式。(1)精确实验，总结实验规律。(2)提出假说，定量解释实验规律。(3)根据假说，利用数学演绎和逻辑推理，获得推论或预言。(4)对推论或预言进行客观、精确定量、任意可重复的实验检验。(5)修改理论及假说。(6)通过实验检验说和理论。4.简述大学物理实验室安全工作的特点。(1)实验室类别多，管理难度大。(2)实验室设备种类繁多。(3)实验室使用频繁，人员集中且流动性大。(4)大学物理实验是大学生的第一门实验课程。(5)大学物理实验教学中心的教师教学和管理工作繁重。5.简述如何在实验室里保持安静。能否做到从细节上训练自己的修养？(1)无论是对事还是对人，在没有尊重和相互理解的前提下，不提批判和反抗，更不会容忍散漫无礼。言论自由和张扬个性，也是要在没有歧视和对他人人身及情感没有伤害的前提下。(2)重视社交礼仪和相互交流。要积极参与和融入交流，不能在课堂上、实验室不管不顾地玩手机。请不要将废纸乱丢，不要将饮料瓶和吃剩下的食品遗忘于实验桌抽屉里。(3)要培养一种恰到好处的自我约束力，从耳儒目染的学习和大学的环境里一点一滴学到自律和责任感，孕育一种对形式感、对规则的尊重。第二章大学物理实验教学平台概述简答题1.简述初次使用“作业系统”的操作步骤。(1)使用“作业系统”的学生，在开课之初，从网页上下载“学生系统”，在所用的计算机中安装“作业系统”，并通过主页观看“学生系统操作方法讲解视频”和“文本、公式、标注输入方式讲解视频”。(2)启动“学生系统”，输入学生学号和学生口令(默认密码)，单击“确定”按钮。(3)若还没有加入班级，会出现提示。(4)单击所示提示对话中的“OK”按后，会出现对应界面。(5)待课教师审核批准后，就加入了班级，再次启动“学生系统”，输入学生学号和学生口令后，出现“学生系统”界面，在“功能模块”下拉菜单中选择。(6)在“选课”界面的上部窗口出现所有程对应的班级和任课教师，按照操作方法，在“课程名称”处选择课程，在“本学期课表”下选择对应的班级，单击“选入”按钮。2.简述虚拟仿真技术的特征。(1)沉浸性。使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知，进而产生身临其境的感受。(2)交互性。环境能够作用于人，人也能够以近乎自然的行为《如自身语言、肢体动作等)对环境进行控制，仿真系统还能够对人的操作给予实时反映。(3)虚幻性。即环境是仿真系统构建的。(4)逼真性。虚拟环境给人的感觉与所模拟的客观世界非常相像，当人以自然行为作用于虚拟环境时，所产生的反映也符合客观世界的有关规律。3.简述预习的类型。实验教材的预习(根据教科书撰写预报告一一与在实验室里的实验契合)和网络仿真实验预习(在实验预习大厅里完成仿真测试解答预习试卷一-获得网上的预习成绩)。实验预习应独立完成，先阅读实验教材，熟悉本次实验的原理、实验内容及操作方法后，再进行网上预习。实验大厅以仿真实验为核心，仿真实验仪器型号不一定与实验室的仪器设备一致，但原理相同，能加深对实验的理解;通过仿真实验可以接触更多的仪器设备，对开阔视野是有帮助的。第三章测量的不确定度与数据处理简答题1.简述误差的普遍性。由于测量仪器不准确、原理或方法不完善、环境条件不稳定、人员操作不熟练等原因，任何测量结果都可能存在误差。2.简述消除系统误差的一些方法。系统误差的特点是增加测量次数误差不能减少，只能从方法、理论、仪器等方面的改进与修正来实现。系统误差表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点，影响实验结果的正确度。对换法：将测量值的某些条件如被测物的位置相互交换，使产生系统误差的原因对测量结果起作用，从而抵消了系统误差。例如，对于天平不等臂、电桥桥臂的比例不准采用换臂测量法来消除天平、电桥的不等臂误差;用滑线电桥测电阻时，被测电阻与标准电阻交换位置;借助于误差修正曲线来校正诸如刻度的不均匀而产生的误差等。仪器对比法：将仪器或仪表的示值引入修正值，这是用准确级别高的仪器做对比进行修正的。例如，用两个电流表接入同一电路，读数不一致，若其中一个是标准表，即可找出修正值。改变测量方法：如将电流反向进行读数，在增加码与减少码过程中读数，在刻度盘上相隔180°的两个游标上读数等。3.简述有效数字的定义。测量结果中可靠的几位数字加上可疑的一位数字统称有效数字。有效数字只允许测量值的最后一位存在误差。国家标准中对有效位数的定义：对没有小数位且以干个零结尾的数值，从非零数字最左一位向右数，所得位数减去无效零(即仅为定位用的零)的个数就是有效位数；对其他十进制数，从非零数字最左一位向右数，所得位数就是有效位数。4.简述间接测量法。间接测量法是指通过测量与被测量有函数关系的其他量才能得到被测量值的测量方法。例如，通过测导线电阻、长度和截面积计算出电阻率的过程就是间接测量。第四章动力学综合设计性实验简答题1.简述磁悬浮动力学实验的实验目的。(1)学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加速度测试仪的调整及使用。(2)学习量分解的方法。(3)学习使用作图法处理实验数据，掌握匀变速直线运动规律。(4)测量重力加速度g并学习消减系统误差的方法。(5)探索牛顿第二定律，探索物体运动时所受外力与加速度的关系。(6)探索动摩擦力与速度的关系。2.简述直线图解的步骤。(1)选点。(2)斜率。(3)求截距。3.简述碰撞设计性实验的实验目的。(1)观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。(2)验证碰撞过程中动量守恒和机械能守恒定律。(3)观察碰撞过程中系统动能的变化情况，分析实验中的碰属于哪种类型的碰撞。4.简述单摆设计性实验的实验目的。(1)进行简单设计性实验基本方法的训练。(2)掌握不确定度传递公式及其均分原理。(3)根据已知条件和测量精度的要求，学会应用不确定度均分原理选用适当的仪器和测量方法。(4)学习累计放大法的原理和应用，分析基本误差来源，提出进行修正和估算的方法。第五章振动与波动实验简答题1.简述弦振动基础性实验的实验目的。1.观察弦线上形成的驻波现象。2.熟悉机械波于涉特性以及驻波形成的条件。3.用驻波测定弦振动的频率。2.简述弦振动基础性实验的实验内容和步骤。(1)测量弦线的线密度。(2)观察弦上的驻波。(3)研究上驻波的波张力的关系。(4)测量弦上驻波的波速。3.简述弦振动综合性实验的实验目的。1.了解波在弦上的传播及驻波形成的条件。2.测量不同弦长和不同张力情况下的共振频率。3.测量弦振动时波的传播速度。4.简述弦振动综合性实验的实验仪器。1.DH4618型弦振动研究实验仪。2.SDS102DL鼎阳数字示波器。5.简述声速的测量实验的实验目的。1.了解压电陶瓷换能器的工作原理。2.学习超声波的产生原理和接收方法。3.用驻波法和相位法测量波长和声速。第六章测量电阻实验简答题1.简述伏安法测量电阻实验的实验目的。(1)掌握电学基本仪器的使用方法。(2)掌握伏安法测电阻的原理及方法，研究表头内阻对测量准确度的影响。(3)了解如何正确连接电表以减小方法误差。2.简述惠斯通电桥测量电阻的实验目的。(1)了解用直流电桥的平衡法测量电阻。(2)掌握用惠斯通电桥测量未知电阻，计算不确定度。3.简述双臂电桥测量低值电阻的实验目的。(1)了解四端引线法的意义及双电桥的结构。(2)学习使用双臂电桥测量低值电阻，计算不确定度。(3)学习测量室温下金属丝的电阳率。4.简述用伏安法测量低值电阻设计性实验的实验要求。(1)用双臂电桥测出一铜棒的阻值，计算其不确定度。(2)用伏安法测量同一段铜棒的电阻，并使测量结果的不确定度近似于双桥法的结果。(3)根据上述要求拟定设计方案，包括实验原理、测试方法、测量电路、选择仪器实验步骤等。(4)撰写实验报告。第七章温度传感器综合与设计性实验简答题1.简述热电偶传感器的优点。(1)测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。(2)测量范围广。(3)构造简单，使用方便，热电偶通常是由两种不同的金属丝组成的，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，使用起来非常方便。(4)测温精度高、准确、可靠、性能稳定、热性小。通常用于高温炉的测量和快速测量方面。2.简述冷却法测量金属的比热容的实验目的。1.学会使用热电偶测量温度，学会用冷却法测量金属的比热容；2.以铜为标准样品，测量铁(或铝)样品在100C时的比热容；3.了解金属的冷却速率与环境温差的关系，以及进行测量的实验条件。3.简述温度传感器设计性实验的实验目的。1研究Pt100铂电阻Cu50电阻和热敏电阻(NTC和PTC)的温度特性及其测温原理。2.研究比较不同温度传感器的温度特性及其测温原理。3.掌握单臂电桥及非平衡电桥的原理及其应用。4.了解温度控制的最小微机控制系统。5.堂握实验中单片机在温度实时控制、数据采集、数据处理等方面的应用。6.学习运用不同的温度传感器设计测温电路。第八章光学基础与综合性实验简答题1.简述常用的光学仪器及常用光源。测微目镜、显微镜、平行光管。2.简述使用光学元件和仪器的注意事项。(1)必须在了解仪器的操作和使用方法后方可使用。(2)轻拿轻放，勿使仪器或光学元件受到冲击或动，特别要防止落。不使用的光学元件随时装入专用盒内。(3)切忌用手接触元件的光学表面，如必须用手拿光学元件时，只能接触器件的磨砂面，如透镜的边缘、棱镜的上下底面等。(4)光学元件表面上如有尘，用实验室专用的脱脂棉或用橡皮球清除。(5)光学元件表面若有轻微的污痕或指印，则用清洁的镜头纸轻轻擦去，但不要加压擦拭，不能用手帕、普通纸片或者衣服等擦拭。(6)防止睡液或其他溶液溅落在光学元件的表面上。(7)调整光学仪器时，要耐心细致，一边观察一边调整，动作要轻、慢，严禁盲目及粗鲁操作。(8)仪器用后应放回箱内或者包装盒中，防止灰玷污。3.简述分光计的调整与使用的实验目的。1.明确分光计的基本结构和原理。2.掌握分光计的调整要求和调整方法。3调节分光计，使其达到最佳作状，分光计的使用方法以便进行精测熟练掌握减半逐步逼近法及最小偏向角法。4.用调整好的分光计测量三棱镜的顶角和折射率。4.简述光栅衍射实验的实验目的。1.熟悉掌握分光计的调节和使用方法。2.加深对光栅衍射原理的理解。3.学会用透射光测量光常数和光波波长。5.简述用牛顿环装置测量平凸镜的曲率半径的实验目的。1.了解牛顿环等厚干涉的原理和观察方法；2.掌握用牛顿环测量透镜曲率半径的方法。第九章怎么做，怎么做得更好简答题1.简述大学物理实验课程的教学目标。大学物理实验课程的作用主要是培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法，培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。按照大学物理实验课程教学基本要求，物理实验课程教学内容应该包含测量误差、数据处理、基本物理量的测量、常用的物理实验方法、常用实验仪器和常用实验操作技术六个方面。2.简述设计性实验的特点、任务和要求。设计性实验由教师提出课题，根据实验室能够提供的条件，要求学生在规定时间内，通过阅读资料提出实验原理、确定实验方案，选择合适的仪器设备，拟定实验程序和注意事项，调整测试，合理处理实验数据，最