大物实验思考题

1、实验一物体密度的测定【预习题】1. 简述游标卡尺、螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项。答：（1）游标卡尺的测量原理及使用时的注意事项：游标卡尺是一种利用游标提高精度的长度测量仪器，它由主尺和游标组成。设主尺上的刻度间距为y，游标上的刻度间距为x，x比y略小一点。一般游标上的n个刻度间距等于主尺上（n-1）个刻度间距，即nx （n 1）y。 由此可知，游标上的刻度间距与主尺上刻度间距相差 1 ,这就是游标的精度。n教材P33图1-2所示的游标卡尺精度为 丄mm,即主尺上49mr与游标上50格同长，如教材图1-3所示。这样，游50标上50格比主尺上50格（ 50mrj）少一格（1mr）,即游标

2、上每格长度比主尺每格少1 50 = 0.02（mm）,所以该游 标卡尺的精度为0.02mm使用游标卡尺时应注意：一手拿待测物体，一手持主尺，将物体轻轻卡住，才可读数。注意保护量爪不 被磨损，决不允许被量物体在量爪中挪动。游标卡尺的外量爪用来测量厚度或外径，内量爪用来测量内径，深度尺用来测量槽或筒的深度，紧固螺丝用来固定读数。（2）螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项：螺旋测微器又称千分尺，它是把测微螺杆的角位移转变为直线位移来测量微小长度的长度测量仪器。螺旋测 微器主要由固定套筒、测量轴、活动套筒（即微分筒）组成。如教材P24图1-4所示，固定套管D上套有一个活动套筒 C（微分筒），两者由高

3、精度螺纹紧密咬合，活动套筒与测量轴 A相联，转动活动套筒可带动测量轴伸出与缩进，活动 套筒转动一周（ 360 ），测量轴伸出或缩进1个螺距。因此，可根据活动套筒转动的角度求得测量轴移动的距离。对 于螺距是0.5mm螺旋测微器，活动套筒C的周界被等分为50格，故活动套筒转动 1格，测量轴相应地移动0.5/50=0.01mm,再加上估读，其测量精度可达到 0.001 mm。使用螺旋测微器时应注意：测量轴向砧台靠近快夹住待测物时，必须使用棘轮而不能直接转动活动套筒， 听到“咯、咯”即表示已经夹住待测物体，棘轮在空转，这时应停止转动棘轮，进行读数，不要将被测物拉出， 以免磨损砧台和测量轴。应作零点校正

4、。2. 为什么胶片长度可只测量一次?答：单次测量时大体有三种情况：（1）仪器精度较低，偶然误差很小，多次测量读数相同，不必多次测量。（2）对测量的准确程度要求不高，只测一次就够了。（ 3）因测量条件的限制，不可能多次重复测量。本实验由对胶片长度的测量属于情况（1）,所以只测量1次。【思考题】1. 量角器的最小刻度是30'。为了提高此量角器的精度，在量角器上附加一个角游标，使游标30分度正好与量角器的29分度等弧长。求该角游标的精度（即可读出的最小角度），并读出下图所示的角度。形 积 圆"X1答：因为量角器的最小刻度是30'，游标30分度与量角器29分度等弧长，所以游标

5、的精度为 竺1 ，图示角30 度为 149 45'。2. 用螺旋测微器进行测量时要考虑螺距误差吗？答：不要。因为用螺旋测微器进行测量时，活动套筒（即微分筒 ）只向一个方向转动，所以不考虑螺距误差。3. 设计一种修正齿孔面积的方案。答：齿孔形状如图1所示。齿孔面积S等于长方 面积XY减去修正面积 S由图1、图2可知修正面 等于正方形和内切圆面积之差，所以只要测出内切 的半径，就可求出 S。用读数显微镜测出图1中的X、X、乙、乙，得 内切圆的半径：R （X2 X1）（Z2 Z1）2则修正面积为：S （2R）2 R2（4 ）R2实验三 电阻的测量和伏安特性的研究【预习题】1. 测量二极管伏安

6、特性曲线时，为什么正向曲线的测量要用外接法，而反向曲线的测量要用内接法？ 答：因为二极管正向电阻较小，反向电阻较大，所以正向曲线的测量宜采用电流表外接法，反向曲线的测量宜米用电流表内外接法。2. 电源、电表、滑线变阻器接到电路中要注意什么？答：在使用电源时，应注意：（1）注意人身安全，一般安全电压为36V。高于36V操作时尽量用一只手操作。（2）不能使总电路中的总电流超过额定电流值，更不能使电源短路（即不能使外电阻接近于零）。直流电表的正、负极应与直流电源的正、负极对应联接（即正接正，负接负），否则会使电表损坏。而交流电没有正负极之 分。（4）在电路中必须连电源开关，接线时和不进行测量时，要使

7、电源开关断开且将输出旋钮逆时针调至零，线路 接好经查无误后打开电源。做完实验，一定要先切断电源，然后再拆去其他部分。使用电表时应注意以下几点：（1）选择电表：根据待测电流（或电压）的大小，选择合适量程的电流表（或电 压表）。如果选择的量程小于电路中的电流（或电压），会使电表损坏；如果选择的量程太大，指针偏转角度太小， 读数就不准确。使用时应事先估计待测量的大小，选择稍大的量程试测一下，再根据试测值选用合适的量程，一 般要尽可能使电表的指针偏转在量程的 2/3以上位置。（2）电流方向：直流电表指针的偏转方向与所通过的电流 方向有关，所以接线时必须注意电表上接线柱的“+”、“- ”标记。电流应从标

8、有“ +”号的接线柱流入，从标有“-”号的接线柱流出。切不可把极性接错，以免损坏指针。（3）视差问题：读数时，必须使视线垂直于刻度表面。精密电表的表面刻度尺下附有平面镜，当指针在镜中的像与指针重合时，所对准的刻度，才是电表的准确读 数。（4）要正确放置电表，表盘上一般都标有放置方式，如用“一”或“一”表示平放；用“f”或“丄”表 示立放；“/”表示斜放，不按要求放置将影响测量精度。（5）使用前电表的指针应指零，若不指零，需要调零。使用滑线变阻器时要注意：通过滑线变阻器的电流不能超过其额定电流。3. 被测低电阻为何要有4个端钮？答：消除接触电阻。【思考题】1. 滑线变阻器主要有哪几种用途？如何使

9、用？结合本次实验分别给予说明。答：（1）滑线变阻器主要有两种用途：限流和分压。 （2）对限流电路（如教材图3-10）：在接通电源前，一 般应使C滑到B端，使Rac最大，电流最小，确保安全。以后逐步调节限流器电阻，使电流增大至所需值。对分压 电路（如教材图3-11 ）：在接通电源前，一般应使C滑到B端，使R两端电压最小，确保安全。以后逐步调节分压 器电阻，使R两端电压增大至所需值。（3）本次实验中测二极管特性曲线时，滑线变阻器用于分压；利用四端接 线法测量一段电阻丝电阻时，滑线变阻器用于限流。2. 在实验中，若电源电压为 6V,被测电阻约为50Q,电流表（毫安表）的量程为 150/300mA 1

10、50mA档的内 阻约0.4 Q,电压表的量程为1.5/3.0/7.5 V,每伏特电压的内阻约200 Q。如何选用电表量程，电表采用何种接法 比较好？答：（1）因为电源电压为6V,所以电压表量程应选择7.5V;又因为通过电阻的电流I V 卫0.12A 120mA,R 50所以电流表量程应选择150mA(2)由题意知Rx50 、ra0.4、Rv200 7.51500 ，则&50125Rx125RaRa0.4Rv150030Rv30RxRx50因为当Rx Ra时，应采用电流表内接法测量；当Rx Rv时，应采用电流表外接法测量。所以比较两式 后可知电流表宜采用内接法。3. 如果低电阻的电势端钮

11、与电流端钮搞错会产生什么现象？为什么？答：在本实验中，若将待测低电阻的电势端钮与电流端钮接反，则测得的电压为待测低电阻和电流表的接触 电阻上共有的，所测阻值比待测低电阻阻值要大。实验四热电偶温度计定标【预习题】1什么叫温差电动势？它与哪些因素有关？答：（1）两种不同的金属或合金，将其两端连接，形成闭合回路，当两连接点的温度不同时，回路中就会产 生电动势，这样的电动势就叫温差电动势。（2）温差电动势与这两种金属或合金材料及冷热端的温度有关。【思考题】1保温杯内冰水混合物的温度是否处处为零？答：保温杯内冰水混合物的温度理论上应该是处处为 0 C ,但在实际实验中保温杯里冰水混合物与外环境有 热交换

12、，因而使得保温杯里的水不一定为处处零。2. 热电偶温度计有什么特点？答：（1）热电偶温度计具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。（2）由于热电偶将温度转化成电信号进行检测，使温度的测量、控制、以及对温度信号的放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。实验六薄透镜焦距的测定【预习题】1. 本实验要求用那些方法测量凸透镜和凹透镜的焦距？答：测量凸透镜焦距的三种方法，自准法、物距像距法、共轭法。测量凹透镜焦距的两种方法，视差法和物 距像距法。2. 什么是共轴调节？共轴调整的要求是什么？达不到这些要求对测量有什么影响？答：在用多个透镜做实验时，各个透镜应调节到有公共的主光轴，并且该主

13、光轴应与导轨平行，这种调节称 为共轴调节。共轴调节分为粗调和细调两个步骤。若达不到物点与透镜共轴等高，所成的像偏离主光轴，数据测 量不准确。3. 用物距像距法测凹透镜焦距的实验中，对第一次凸透镜所成的像有什么要求？答：第一次凸透镜所成的像，应为倒立缩小的实像。 【思考题】1. 物屏与像屏间的距离D 4f和D 4f时，分别会出现什么现象？试用数学表达式说明之。答：物屏与像屏间的距离D 4f时，出现一个与物等大的像。D 4f时，不成像。证明如下：1将D 4f代入f匸止得f 空兰喧 £，解得d 0有唯一解，所以成等大的像。4D4 4f16 fD 2 d 22）当D 4f时，有4DD成立，解

14、得d 0，所以不成像42. 如果凸透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测量它的焦距。答：（1）辅助透镜法：加一个已知小焦距的凸透镜作为辅助透镜。（2）视差法：与教材测凹透镜方法相同实验七单摆设计【思考题】1. 用秒表手动测量单摆周期时，从测量技巧上来考虑，应注意哪些方面才能使周期测得更准确些？ 答：（1）注意定点观察，在摆线通过平衡位置时开、停秒表。（2）适当增加单摆振动次数，及重复测量。2. 在室内天棚上挂一单摆，摆长很长无法用尺直接测出来，请设计用简单的工具和方法测量其摆长。I答：测出单摆振动的周期T，查出本地重力加速度g，即可通过T 21计算出摆长I。 g实验八用直流

15、电桥测量电阻【预习题】1. 怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差？ 答：可以交换Ro和Rx，进行换臂测量，这样最终Rx Ro Ro，就与比例臂没有关系了。 【思考题】1. 改变电源极性对测量结果有什么影响？答：在调节检流计平衡时，改变极性对未知电阻的测量没有影响。测量电桥灵敏度时，改变电源极性会改变指针偏转方向，但对偏转格数没有影响。总之，改变电源极性对测量结果没有影响。2. 影响单臂电桥测量误差的因素有哪些？答：（1）电桥灵敏度的限制，（2）电阻箱各旋钮读数的准确度等级（3）电阻箱各旋钮的残余电阻（接触 电阻）实验九液体粘滞系数的测定【预习题】1. 在一定的液体中，若减小小球直径

16、，它下落的收尾速度怎样变化？减小小球密度呢？ 答：在一定的液体中，小球下落的收尾速度与小球的质量和小球最大截面积有关。厂 L I 4 r3即V 收尾= 3-2化简后得：v收尾=-2 'r（3从上式可见，小球的收尾速度与小球半径和密度的平方根成正比，其中K为比例系数。2. 试分析实验中造成误差的主要原因是什么？若要减小实验误差，应对实验中哪些量的测量方法进行改进？答：在实验中，小球的半径r和下落速度v收尾是对粘滞系数 测量误差影响最大的两个因素。（1）小球直径的测量：因为该量的绝对量值较小，如测量仪器选用不当或测量方法不当都会造成测量的相对 误差较大。应选用规则的小球，小球直径尽量小些。

17、测量仪器的精度要较高。如选用螺旋测微器，读数显微镜。（2） v收尾的测量：v收尾的测量又决定于测量距离S和t这两个量的测量。在可能的条件下，增加 S的量值是很 重要的（即提高了本身测量精度，又提高了 t的测量精度）；在t的测量中，秒表的启动和停止的判断果断，直接影 响测量结果，实验前可进行训练。当然改进测量方法，如用光电计时装置，可提高t的测量的准确度。（3）温度对液体的粘滞系数的影响极大，故在用一组小球测量液体粘滞系数时，在第一个小球下落前要测量 一次液体温度，最后一个小球下落后又要测量一次液体温度，取其平均值为液体粘滞系数测量时的温度。【思考题】1 .什么是粘滞阻力？答：液体流动时，流速层

18、间的内摩擦力f与摩擦面积S、速度梯度dv成正比：f S理或f S竺，比例系数drdrdr称为粘滞系数。单位为帕斯卡秒，用 Pa S表示。2. 什么是收尾速度？答：做直线运动的物体所受合外力为“ 0”时所具有的速度。在这一时刻后物体将以“收尾速度”作匀速 直线运动。3. 在实验中如何确定A、B两标线？答：确定小球下落时合适的计时点（A点）十分必要，可根据小球由液面从静止状态开始下落的运动方程： mg oVg f ma来进行分析讨论。式中：浮力为°Vg（。为液体的密度；V为小球的体积）、粘滞阻力为f。导出小球由液面从静止状态开始下落到合外力为“ 0”时的这距离h的计算公式：42h 1.1

19、1 104 （1 ）为小球的密度，/为液体的密度，为液体粘滞系数（可进行粗测，也可通过查表得到）。一般地计时起点的的位置（A点）在液面下方5cm就能实现小球匀速下落。至于下标线 B点的位置在保证离容器底部有一定距离 情况下尽可能增大S的距离。实验十模拟法描绘静电场【预习题】1. 用二维稳恒电流场模拟静电场，对实验条件有哪些要求？答：（1）稳恒场中电极形状与被模拟的静电场的带电体几何形状相同。（2）稳恒场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀，电流场中的电极（良导体）的表面也近似是 一个等位面。（3）模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。2. 等势线与电场线之间有何关系？答：等势线与

20、电场线处处正交。3. 如果电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状是否变化？电场强度和电势分布是否变化？为什么？答：电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状不变，但原先电势为L的等势线变为电势为2U的等势线。根据（10-9 ）、（10-10）可知，电场强度和电势分布变化：当r不变时，U2Ur, Er宀2Er 【思考题】1. 出现下列情况之一时，用我们实验中所用装置画出的等位面和电力线形状有无变化？（1）电源电压提高一倍；（2）导电纸上的导电材料的导电率相同但厚度不同；（3）电压表读数有比实际值大10%的系统性误差；（4）电极边缘和导电纸接触不良；（5）测量时电源电压不稳定，在缓慢增加。答：等势面和

21、电场线形状变化情况为：（1）形状不变，但根据（10-9）可知，原先电势为Ur的等势线变为电势为2Ur的等势线。（2）形状不变，根据（10-9 ）、（ 10-10）可知，Ur、Er与厚度t无关。（3） 形状不变，但根据（10-9）可知，所测电势为Ur的等势线实为电势为勺等势线。11（4）形状有变化，接触不好导致电极的有效形状不再是圆形或圆环形。（5）形状有变化，对于同一电势来说，后测量的点所测出的等势线电势半径将逐渐减小。2. 怎样由测得的等位线描绘电力线？电力线的疏密和方向如何确定？将极间电压的正负交换一下，实验得到的等位线会有变化吗？答：见图所示。电场线的疏密由等势线的疏密确定，等势线密的

22、地方电场线也密。电场线的方向由正电位指向负电位。如果将极间电 压正负极交换一下，得到的等势线将会发生变化。原来电势高的等势 线将变成电势低的等势线，相反原来电势低的等势线将变成电势高的 等势线。实验一液体表面张力系数的测定【预习题】1. 如何装配及使用焦利氏秤？答：（1）安装好弹簧，小镜及玻璃管并初步调好他们之间的相互位置后，调正三足底座上的底脚螺丝，使立 管处于铅直状态。此时，小镜在玻璃管内与玻璃管内壁应不触碰。（2）调节旋钮时要平稳，视线平视，做到“三线对齐”。【思考题】1. 为什么在拉液膜的过程中始终保持“三线合一”？答：普通弹簧秤是上端固定，加负载后向下伸长，而焦利氏秤是控制弹簧的下端

23、的位置不变，加负载后，弹 簧伸长，调节旋钮，使“三线合一”保证了下端位置不变，相当于弹簧向上拉伸，由标尺和游标确定弹簧伸长量2. 测金属丝框的宽度L时应测它的内宽还是外宽？为什么？答：应测外宽，因为表面张力与液膜周界成正比，而金属丝框形成的液膜其周界为外侧宽度。3. 若空立管不垂直，对测量有什么影响？试做定性分析。 答：如图所示：（1）中空立柱垂直时：设弹簧在受垂直力mg寸伸长量为11，受水的表面张力时的 伸长量为12（2）中空立柱不垂直时（与垂直方向有夹角B）: 弹簧在受垂直力mg寸伸长量仍为11，但中空立柱的伸长量 贝廿为丨1 =cos受水的表面张力时的伸长量仍为l2 ,但相应的中空立柱的

24、伸长量则为12二丄cos垂直时mg .丨2K 丨2 = 丨1= mg 丨22L2L 2L 丨1不垂直时mgmgK11l1 cos=K l2=mgl2 cos2L = mg l22Ll1 cos2L h从三角形的几何关系可知：l2 = l 2 .l1 ；所以=。故对测量结果无影响。实验十三拉伸法测金属丝的扬氏弹性摸量【预习题】1如何根据几何光学的原理来调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系？如何调节望远镜？答：（1）根据光的反射定律分两步调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系。第一步：调节来自标尺的入 射光线和经光杠杆镜面的反射光线所构成的平面大致水平。具体做法如下：用目测法调节望远镜和光杠杆大

25、致 等高。用目测法调节望远镜下的高低调节螺钉，使望远镜大致水平；调节光杠杆镜面的仰俯使光杠杆镜面大致 铅直；调节标尺的位置，使其大致铅直；调节望远镜上方的瞄准系统使望远镜的光轴垂直光杠杆镜面。第二步： 调节入射角（来自标尺的入射光线与光杠杆镜面法线间的夹角）和反射角（经光杠杆镜面反射进入望远镜的反射 光与光杠杆镜面法线间的夹角）大致相等。具体做法如下：沿望远镜筒方向观察光杠杆镜面，在镜面中若看到标 尺的像和观察者的眼睛，则入射角与反射角大致相等。如果看不到标尺的像和观察者的眼睛，可微调望远镜标尺 组的左右位置，使来自标尺的入射光线经光杠杆镜面反射后，其反射光线能射入望远镜内。（2）望远镜的调节

26、：首先调节目镜看清十字叉丝，然后物镜对标尺的像（光杠杆面镜后面2D处）调焦，直至在目镜中看到标尺清晰的像。2. 在砝码盘上加载时为什么采用正反向测量取平均值的办法？答：因为金属丝弹性形变有滞后效应，从而带来系统误差。【思考题】1光杠杆有什么优点？怎样提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度？答：（1）直观、简便、精度高。（2）因为丄 二，即山 空，所以要提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度 丄，应尽可能减小光杠杆 b 2DLbL长度b （光杠杆后支点到两个前支点连线的垂直距离），或适当增大D （光杠杆小镜子到标尺的距离为D）。2. 如果实验中操作无误，得到的数据前一两个偏大，这可能是什么原因，如何避免

27、？答：可能是因为金属丝有弯曲。避免的方法是先加一两个发码将金属丝的弯曲拉直。3. 如何避免测量过程中标尺读数超出望远镜范围？答：开始实验时，应调节标尺的高低，使标尺的下端大致与望远镜光轴等高，这样未加砝码时从望远镜当中 看到的标尺读数接近标尺的下端，逐渐加砝码的过程中看到标尺读数向上端变化。这样就避免了测量过程中标尺 读数超出望远镜范围。实验十四冰的熔解热的测定【思考题】1设计一实验，通过实验的方法测定量热器的水当量。答：用混合法，将质量分别为m!、m2，温度分别为匕、t2的两份水放入量热器里混合，热平衡方程式c（mi W w）（ti T） cm2（T t?），式中W 0匹为量热器的水当量（m

28、。、c。分别为量热器的质量和材料的比热容） cw为温度计的水当量，c为水的比热容，测出各温度和质量即可求出 W。2.为了减小实验误差，操作时应注意哪些问题？答：（1）在测量量热器质量时注意使量热器干燥。（2）加入热水的温度不超过室温10C，水量为量热器的五分之二（3）加冰前读出热水的温度（4）冰块大小合适，应该是熔化的冰，但表面用纸吸干水。（5）加冰后搅动冰块，仔细观察混合后混度的变化，读出最低温度。实验十五 牛顿环和劈尖干涉预习题】1何为等厚干涉 ?答：对分振幅薄膜干涉，当入射角一定、入射光波波长一定，光程差仅是膜厚e的函数，干涉条纹是厚度相同点的轨迹时，这样的干涉为等厚干涉。2如何正确调节

29、读数显微镜 ? 在测量中怎样避免空程误差 ?答：先将显微镜降到靠近牛顿环装置附近 , 然后慢慢而又小心地自下而上调节镜筒 , 直至看到清晰的牛顿环为 止。在测量中为了避免空程误差，应作到两点：先转动测微鼓轮向右侧 （或向左侧）移动，将显微镜的十字叉丝 超过第35条暗纹（到40条），然后再退到35条暗纹,进行测量；测量中读数显微镜只向一方向移动，中途不可倒退。 3测量牛顿环直径时要注意哪些问题 ?答：应注意两点： 在测量中， 测微鼓轮只能向一个方向旋转， 否则会产生空程误差 . 测量牛顿环直径时 注意左右两侧环纹不要数错 , 且十字叉丝纵丝对准暗纹中心，防止工作台震动。思考题】 1若把牛顿环倒过

30、来放置 , 干涉图形是否变化 ?答：不变。2在测量牛顿环直径时 , 若实际测量的是弦 ,而不是牛顿环直径 ,对结果有何影响 ? 答：没有影响。3实验中如何使十字叉丝的水平丝与镜筒移动方向平行 ?若与镜筒移动方向不平行 , 对测量有何影响 ? 答：测量过程中如何竖叉丝始终与干涉圆环相切则十字的水平丝与镜筒移动方向平行，若不是，则须调节目 镜叉丝的方位。若与镜筒移动方向不平行 , 干涉圆环直径的测量将产生误差。4牛顿环和劈尖干涉条纹有何相同和不同之处 ? 为什么 ?答：牛顿环和劈尖干涉条纹有何相同为都是等厚干涉。不同之处为牛顿环的干涉条纹为明暗相间的同心圆， 相邻条纹间距不等；劈尖的干涉条纹为明暗

31、相间的直条纹，且相邻条纹间距相等。因为牛顿环和劈尖干涉条纹都 是厚度相同点的轨迹，牛顿环厚度相同点的轨迹是圆，劈尖厚度相同点的轨迹是直线。5用什么方法来鉴别待测光学面为平面、球面和柱面 ? 球面是凸球面还是凹球面 ? 如何鉴别 ?答：将一平晶置于待测光学面上，当（ 1）待测光学面为平面时，干涉条纹为明暗相间的直条纹，且相邻条 纹间距相等；（2）待测光学面为球面时，干涉条纹为明暗相间的同心圆； （3）待测光学面为柱面时，干涉条纹为 明暗相间的直条纹，条纹对称于平面和柱面的交线，相邻条纹间距不等。（4）当轻按球面，干涉圆环向外扩张时球面是凸球面；干涉圆环向内收缩时球面是凹球面。实验十六 示波器的使

32、用 预习题】1示波器为什么能把看不见的变化电压显示成看得见的图象？简述其原理。 答：（1）示波管内高速电子束使荧光屏上产生光亮点，而电子束的偏转角度（光点在荧光屏上的位移）是受X轴和Y轴偏转板上所加电压的控制。（2） 若只在X轴偏转板上加一个锯齿波电压（该电压随时间从 -U按一定比例增大到+U）,则光点就会从 荧光屏左端水平地移动到右端（称为扫描） ，由于荧光屏上的发光物质的特性使光迹有一定保留时间，因而在屏 幕水平方向形成一条亮迹（称为扫描线） 。（3）若只在Y轴偏转板上加信号电压，则随着信号幅度的变化光点就会在荧光屏竖直方向作上下移动形 成一条竖直亮迹。（4）如在Y轴偏转板加上电压信号，同

33、时又在 X轴偏转板加上锯齿波扫描电压，则电子束受到水平和竖 直电场的共同作用，光点的轨迹呈现二维图形（光点在 X方向均匀地从左向右水平移动的同时又在 Y方向随信号 幅度的变化在竖直方向作上下移动），即将Y轴偏转板上电压信号幅度随时间变化的规律在屏幕上展开成为函数 曲线（即信号波形） 。（5）要得到清晰稳定的信号波形，扫描电压的周期Tx与信号电压的周期Ty必须满足Tx nTy，以保证Tx的 起点始终与电压信号固定的一点相对应（称同步） ，屏幕上的波形才能稳定。（6）为了得到可观察的图形，锯齿波扫描电压必须重复扫描 2观察波形的几个重要步骤是什么 ?答：（1）开启示波器电源开关后，将耦合开关置“丄

34、”，调整辉度、聚焦以及垂直、水平位移旋钮使屏幕 中部出现亮度适中细小的亮点。（2）观察、测量时将耦合开关置“ AC'或“ DC”，触发选择开关置“ INT”，将信号用同轴电缆线连接 到Y轴输入端。（3）调节Y轴灵敏度选择开关和X轴扫描选择开关以及触发电平旋钮，使信号幅度在屏幕范围内（屏幕 竖直标尺的 2/3 左右），且有25个完整稳定的波形。（4）定量测量时还应注意将扫描微调旋钮和 Y轴微调旋钮置于校准位置（顺时针旋转至最大）。3 .怎样用李萨如图形来测待测信号的频率 ？答：1 .将示波器功能置于外接状态（触发选择开关置“ EXT,触发信号极性开关置“ X”。将信号发生器 的正弦波信号

35、用同轴电缆线连接到 X轴输入端，待测频率的信号用同轴电缆线连接到 Y轴输入端，分别调节信号 发生器幅度旋钮和Y轴灵敏度选择开关，使亮迹形成的图形在屏幕范围内。2. 调节信号发生器输出信号的频率，使合成的李萨如图形为稳定的“O”形，从信号发生器上读出输出信号的的频率值Fxi,根据合成李萨如图形的两个信号频率比与图形切点数的关系Fx: Fy =NY: NX ,求出Fyi。3. 再改变信号发生器输出信号的频率，使合成的图形为“”、“ 8 ”“000”等，NY: N分别为“1:2” “ 2： 1” “1： 3”等，相应地读出信号发生器输出信号的频率为 FX2、F X3、F X4等，求出Fy2、 Fy3

36、、 Fy4等，算出的Fy的平均值即为待测信号的频率。【思考题】1. 在示波器的荧光屏上得到一李萨如图形，Y轴、X轴与图形相交时交点数之比 比 -，已知fx 100Hz，求fy。Ny 3y答：fy 匕 fx 4 100133Hz。Ny32. 为什么在共振状态下测声速？如何判断系统是否处于共振状态？答：本实验中将电信号转换为超声波信号的器件是压电陶瓷换能器，该换能器有一最佳响应的频率，当电信 号频率等于该响应的频率时，压电陶瓷片产生共振，输出信号最大，便于测量。示波器屏幕上的信号幅度为最大 值时，系统处于共振状态。实验十七 分光计的使用用光栅测波长【预习题】1. 分光计主要由几部分组成？各自作用是

37、什么？答：（1）分光计主要由底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘五个部分组成。（2）底座上承载着其它四个部分，其中载物台、望远镜和刻度盘都可绕底座上的主轴转动；平行光管用来产生平行光；载物台用来放置被 测样品；望远镜用来接收平行光；刻度盘与游标盘配合用来读取数据。2. 分光计调节要求是什么？答：分光计的调节要达到三个要求：（1）望远镜能接收平行光。（2）平行光管能发出平行光。（3）望远镜的平 和光轴和平行光管的光轴与仪器的主轴垂直。载物台与仪器的主轴垂直。3. 用光栅测波长时，光栅应如何放置？为什么？答：用光栅测波长时按图17-7放置光栅。因为这样放置可方便调节。当调节 行光垂直照射光栅表面

38、时（即光栅平面与平行光管轴线垂直） ，只须调节螺钉I H；调节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行时，只须调节螺钉皿。【思考题】1 .为什么要用各半调节法调节望远镜的主轴垂直于仪器的主轴？答：综合考虑调节载物台调平螺钉I或H与调节望远镜水平度调节螺钉对正 两面亮十字反射像与分划板上方的水平刻线间高度差的相互影响，从而加快调节度。2. 当狭缝过宽或过窄时，将会出现什么现象？为什么？答：当狭缝过宽时，衍射条纹将变粗，相互靠近的条纹无法分开，在测量时难以确定条纹的中心位置 当狭缝过窄时，将看不见衍射条纹，因而无法测量。3. 用公式dsin k测光波波长应保证什么条件？实验中如何检查条件是否满足？答：用公式d

39、sin k测光波波长应保证：平行光垂直照射在光栅上。实验中通过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满足。 0级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用（中叉丝）的水平叉丝平分。光栅 面反射的绿十字像应与调整叉丝（上叉丝）重合。实验十九光具组基点的测定【预习题】1. 主点（或面）、节点（或面）的含义是什么？它们在什么条件下重合在一起？答：主点是横向放大率 1的一对共轭点。若将物体垂直于系统的光轴放置在第一主点 H处，则必成一个 与物体同样大小的正立像于第二主面 H处。过主点垂直于光轴的平面，分别称为第一、第二主面（如图中 MH、 M H所示）。第一、第二主面主面是一对横向放大率1的共轭面。

40、节点是角放大率 1的一对共轭点。如图所示：入射光线（或其延长线）通过第一节点 N时，出射光线（或其延 长线）必通过第二节点N，并与过N的入射光线平行。过节点垂直于光轴 的平面分别称为第一、第二节面。当共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。2. 实验中确定节点的依据是什么？如何确定？答：入射光线通过第一节点N时，出射光线必通过第二节点N，并与过N的入射光线平行。实验时不断改变 光具组在上层导轨上的位置并使上层导轨饶回转轴转动，当屏上则像点位置不动时，光具组的第二节点N恰好在回转轴。点的位置上。3. 如何调共轴，在实验中调共轴有什么必要性？答：用两次成像法调节共轴。实验中调共轴可减小

41、测量误差。【思考题】1. 当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点是在转轴的哪一方？反之如何？试绘图说明。 答：当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点在转轴的左侧（图1）；反之在转轴的右侧（图2）。2. 第一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透镜，在什么条件下才是对的？（光具组由二薄透镜组成） 答：当HH 0即d fi f2时，第一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透镜。3. 由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离d可自己设定）答：根据自己选定的d，计算主点及焦点的大小，若焦点在光具组外，测量方法同实验所介绍方法相同。若 焦点在光具组内，则需增加一凸

42、透镜，使光具组内焦点的像经凸透镜后成像在屏上，再改变光具组在上层导轨上 的位置并使上层导轨饶回转轴转动，当屏上的像点不动时，转轴 。点的位置即节点位置，焦点的位置可根据凸透 镜的焦距和所测像距算出。实验二十棱镜玻璃折射率的测定【预习题】1. 为什么汞灯光源发出的光经过三棱镜以后会形成光谱?答：当复合光入射三棱镜以后，由于棱镜的色散作用，不同波长的光将被分散开来。汞灯光源是复合光源, 所以它发出的光经过三棱镜以后就会形成光谱。下:的图20-5自准直法2. 怎样用反射法测定棱镜的顶角？答：反射法测定棱镜的顶角即教材中所介绍的自准直法。具体方法如 将待测棱镜置于分光计的载物台上。固定望远镜，点亮小灯

43、照亮目镜中的 叉丝，旋转棱镜台，使棱镜的一个折射面对准望远镜，用自准直法调节望 远镜的光轴与此折射面严格垂直，即使十字叉丝的反射像和调整叉丝完全 重合。如图20-5所示，记录刻度盘上两游标读数vi，v2;再转动游标盘联带 载物平台，依同样方法使望远镜光轴垂直于棱镜第二个折射面，记录相应游标读数v'1 ,v2 ；同一游标两次读数之差等于棱镜角A的补角：1（V'2 V2）（v'1 Vj2即棱镜角A 180，重复测量几次，计算棱镜角A的平均值和标准不确定度3. 何为最小偏向角？实验中如何确定最小偏向角？答：当入射光线与折射光线左右对称时，即当i i , 时，光线的偏向角 最小

44、，此角称为最小偏向角， 以m表示。实验中将三棱镜放置在调好的分光计载物台上，放置时注意将棱镜一底角对准平行光管，眼睛从另一 底角方向找到经棱镜折射后形成的谱线。然后慢慢转动棱镜台，缓慢改变入射角5谱线会向一方向移动。当棱镜台转到某一位置，该谱线不再移动，这时无论棱镜台向何方向转动，该谱线匀向相反方向移动，这个谱线反向移 动的极限位置就是棱镜对该谱线最小偏向角的位置。【思考题】1. 在用棱脊分束法测三棱镜的顶角时，为什么三棱镜放在载物台上的位置，要使得三棱镜的顶角离平行光管远一些，而不能太靠近平行光管呢？试画出光路图，分析其原因答：用棱脊分束法测三棱镜的顶角时若三棱镜太靠近平行光管，反射光将不能

45、进入望远镜，在目镜中将不能 看到平行光管狭缝的的像。其光路图如下：2 .设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案。 答：具体方法请学生自行设计。实验二一多普勒效应的研究与应用【思考题】1. 电磁波与声波的多普勒效应原理是否一致？答：是一致的。多普勒效应是当波源和接收器之间有相对运动而产生接收器的频率与波源的频率不同的现象。2. 本实验中，频率的调节是以什么为标准的？为什么？答：调节发生器驱动频率以接收器的谐振电流达到最大，作为频率的调节标准。因为在超声应用中，要将发生 器与接收器频率匹配，即将驱动频率调到谐振频率，这时其接收器谐振频率最大。才能有效的发射与接收超声波。实验二十二霍尔效应

46、及磁场的测定【预习题】1当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面不完全垂直时，测 得的磁感应强度实验值比实际值大还是小？为什么？请作图说 明。答：小一些。因为当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面 不完全垂直时，实验所测得的磁感应强度为实际磁强应强度 B在 与霍尔元件平面垂直方向上的一个分量。 如图所示，设磁感应强 度B与霍耳元件平面法线间的夹角为，则实验值为B Bcos。因为cos 1，所以实验值B比实际值B小。【思考题】1. 在“用霍尔元件测螺线管磁场”实验中，若某一同学将工作电流回路接入“霍尔电压”接线柱上，而将电位 差计（或数字电压表）接在“工作电流”接线柱上。他能测得磁场吗？为什么？答：能

47、。由霍尔元件的工作原理可得，半导体中的电荷受到洛伦兹力产生偏转，将工作电流回路接入“霍尔 电压”接线柱上，电荷同样受到洛伦兹力发生偏转，将在“工作电流”接线柱上产生霍尔电压。B端口2. 根据实验结果比较螺线管中部与端口处的磁感应强度，求：一 ，分析其结果。B中部答：端口的磁感应强度B端口应为中部磁感应强度B中部的一半，由于存在漏磁现象，实际测量出的B端口那中部实验二十三密立根油滴实验【思考题】1. 实验时，怎样选择适当的油滴，如何判断油滴是否静止？答：（1）在工作、平衡状态下，电压调至350以上。喷油，通过正负及电压调节在150以上能静止的小油滴（2）带电静止的油在0时会匀速下降，在工作电压平

48、衡时不上下游动。2. 油滴太大或太小或者可带电荷量太多，对试验结果会产生什么影响？答：（1）油滴太大或太小，使得油滴的运动受空气阻力的作用变化太大，难以平衡。（2）电荷太多，一是难平衡，二是下降速度太快测不准，三是电荷多总电压量大，单位电荷更是不准确。实验二十四 导热系数的测定【预习题】1实验中为什么要在样品上、下表面的温度几乎保持不变时，才能测 1和2 ?答：本实验中采用稳态法测不良导体导热系数，所谓稳态法，是要求利用热源在待测样品内部形成一个稳定 的温度分布，然后进行测量。在加热过程中，当样品上、下表面的温度几乎保持不变时，传热达到动态平衡，样 品内部形成一个稳定的温度分布内，这时才能测量

49、温度示值 1和2。【思考题】 1 .什么是稳态法？在实验中如何实现它？Q答:所谓稳态法，是要求利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温度分布， 然后测量该状态的热量传递, 代入式K S TT2中可解出导热系数K。th在实验中加热过程中，观察样品盘上、下表面的温度，若在10min内保持不变（i和2不变）可认为已达到稳态。利用公式卫 cm T 将传热速率转换成在稳态附近样品下表面温度变化速率，即温度示值的变化速率tt|T t2（丄 丄），测出稳态附近样品下表面温度示值随时间t的变化，作 一t曲线，并从曲线上求出 I ，代t tt I 2入公式KD：mCh、-T 中即可。D （ 1 2） t 22.

50、观察实验过程中环境温度的变化，分析散热速率与时间的关系，讨论环境温度的变化对实验结果的影响。答：环境温度较高，则样品盘侧面散热较少，系统误差小。（若不考虑侧面散热，夏天和冬天测出的导热系数同，因稳态温度梯度和稳态散热速率均与环境温度有关。夏天小，而i - 2也小。）在过程中，开始时候，环境温度相对较低，随着实验的进行，环境温度逐渐升高，导致测量数据变小。3. 分析用稳态传热法测定不良导体热系数中误差的主要来源。答：（1）样品侧面不严格绝热；（2）以散热盘的冷却速率代替样品盘的散热速率，而样品与散热盘之间接触不甚严密；（3）冷却速率测量引起的误差在整个误差中所占比例大。实验二十五磁场分布的测绘【

51、预习题】1. 感应法测磁场的基本原理是什么？答：感应法测磁场的原理是：根据法拉第磁感应定律，处在磁场中导体回路上的感应电动势的大小与穿过它 的磁通量的变化率成正比，因此在待测磁场中引入试探线圈，在交变磁场中不同部位，转动线圈，测出各处线圈 中最大的感应电动势和线圈的方向，可得各点磁感应强度的大小和方向。2. 为什么测定圆线圈轴上 丄x曲线，便能确定 旦x的分布规律？UoBo答：因为 Bo kUmax , U N0S BmV23. 怎样利用试探线圈测量磁场的大小和方向？答：可将探测线圈放在待测点，转动线圈的方向，直到数字电压表读数最大为止。把所得读数代入（9）式即可算出该点的磁场。4. 如何测定

52、磁场的方向？为什么不根据转动试探线圈使毫伏表达最大值来确定磁场方向？答：确定磁场的方向原可用数字电压表读数最大值时所对应的试探线圈法线方向来表示，但是磁通量的变化率小，因此测量方向的误差较大，当试探线圈转过 90°时，磁场方向与试探线圈法线方向相垂直，的变化率最大，误差较小，所以我们利用数字电压表读数的最小值来确定磁场的方向。5. 如何描绘磁感应线？将探测线圈的小铜钉放在待测点的位置，用手按探测线圈，小铜钉就在坐标纸上记下一个小圆点，表示待测 点的位置，转动探测线圈使数字电压表读数最小值（为 0）,与探测线圈法向垂直的方向即为此范围内磁场方向， 用细铅笔在坐标纸上沿探测线圈底边画一直

53、线，然后以首尾相接，再找出下一小区域内磁感应线，将这些折线连 成光滑曲线即成。【思考题】1. 试分析感应法测磁场的优缺点和适应的条件？答：电磁感应法测量磁场的优点是，原理简单，且可直接测得磁场的大小和方向，缺点是，如果磁场分布不 匀用普通的探测线圈只能测出线圈平面内磁感应强度法向分量的平均值，而不能测出非均匀磁场中各点的值，除 非将探测线圈做得非常小，但这又会使 ZS很小而影响测量的灵敏度。适应的条件：交变磁场。2. 怎样用感应法测量磁场的绝对值？答：由U NBm COS可知，角 越小，交流数字电压表的读数越大，当试探线圈法线与圆线圈轴方向一致 时， 0，则U N0S Bm为最大值。测量时，可

54、将探测线圈放在待测点，转动线圈的方向，直到数字电压表读数 最大为止。把所得读数代入（9）式即可算出该点的磁场。3. 若亥姆霍兹线圈中通以直流电，其磁场又如何测定？试画出测量线路图，简要说明其实验步骤。答：让线圈以一定的速度转动，测线圈电动势。实验二十七动力学共振法测定材料的杨氏弹性模量【预习题】1. 外延测量法有什么特点？使用时应注意什么问题？答：所谓外延测量法，就是所需要的数据在测量数据范围之外，一般很难测量，为了求得这个数，采用作图 外推求值的方法。具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线，再将曲线按原规律延长到待求值范围，在延长线部 分求出所要的值。使用外延测量法时应注意：外延法只适用于在所

55、研究范围内没有突变的情况，否则不能使用2. 悬丝的粗细对共振频率有何影响？答：在一定范围内，悬丝的直径越大时，共振频率反而越小。因为共振频率与阻尼的关系为2一2一2，悬2222变小，而不利于信号的拾取。 o p）4 p丝直径大时，阻尼相应较大，即 大，则共振频率应该较小。当然，悬丝直径也不可过粗，太粗的悬丝对于棒振动时振幅的影响很大，即A°2p（ 0 p）4【思考题】1. 在实际测量过程中如何辨别共振峰真假?答：理论上认为，“改变信号发生器输出信号的频率，当其数值与试样棒的某一振动模式的频率一致时发生共 振，这时试样振动振幅最大，拾振器输出电信号也达到最大”。实验中，并非示波器检测到

56、信号峰值处频率都为样 品棒的共振频率，由样品支架和装置其它部分的振动也会导致示波器检测到极值信号。因此正确真假判别共振信 号对于测量相当重要。真假共振峰的判别方法有好几种，如预估法和撤耦法，预估法指利用已知的金属杨氏模量，利用公式估算 出共振频率，撤耦法指用手托起试样棒，此时拾振信号应消失，反之为假信号。预估法和撤耦法结合起来用比较 好：预估法可判断出共振频率的大致范围，而撤耦法则可做进一步精确判断。另外，还可以在不放铜棒的情况下 先做一个粗略检测，即将可能的干扰信号频率做一个排除。.如何测量节点的共振频率。答：从实验装置图中可以看出，试样振动时，由于悬丝的作用，棒的振动并非原理中要求的自由振动，而是存在阻尼下的受迫振动，所检测共振频率随悬挂点到节点的距离增大而增大。若要测量（27-1 ）式中所需的试样棒基频共振频率，只有将悬丝挂在节点处，处于基频振动模式时，试样棒上存在两个节点，它们的位置距离分别 为0.224L和0.776L处。在节点处的振动幅度几乎为零，很难检测，所以要想测得试样棒的基频共振频率需要采取 内插测量法。所谓内插测量法，就是所需要的数