物理实验(朱基珍)习题答案

第一章复习提要什么是基本单位和导出单位? 2。什么是基本量与导出量?（教材P10）物理学中独立定义的单位叫做基本单位，所对应的物理量叫做基本量。由基本单位导出的单位叫做导出单位，对应的物理量叫做导出量。哪些物理量为基本物理量，它们的基本单位、符号、定义是什么？（P10）在国际单位制中，长度、质量、时间、电流强度、热力学温度、物质的量和发光强度等七个物理量为基本物理量，它们的单位分别为“米德拉，它们的单位符号分别为““k“““K“mo”和“cd，它们的单位定位分别详见教材P10表1-1 。物理实验中有哪些常用的长度测量器具？（P11）物理实验中，测量长度的常用工具有：钢直尺、钢卷尺、游标卡尺、千分尺、千分表、测微目镜、读数显微镜、电涡流传感器、电容传感器、电感传感器、光栅传感器、激光干涉仪等。物理实验中有哪些常用的质量测量工具？（P11）物理实验中，质量测量最常用的仪器有电子秤、弹簧秤、物理天平、分析天平等。物理实验中常用的时间测量工具有哪些？（P12）物理实验中常用的时间测量仪器有：秒表（停表，指针式机械表、数字显示式电子表、数字毫秒计等。物理实验中常用的温度测量工具有哪些？（P12）物理实验中常用的温度测量仪器有水银温度计、热电偶和光测温度计等。物理实验中有哪些常用的电流测量仪表？（P12）9（1）力学、热学实验操作过程中应注意什么？（2）力学实验的基本功有哪些？（1）略（教材P1（2）10（1）电磁学实验操作过程中应注意什么？（2）电磁学实验的基本功是什么？（1）略（教材P1（2）1（1）光学实验操作过程中应注意什么？（2）光学实验的基本功有哪些？（1）略（教材P1（2光学实验的基本功，务必熟练掌握。常用的物理实验测量方法有哪几种？（P14-17）常用的物理实验测量方法有比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、干涉法和衍射法等。物理实验中应掌握哪些基本调节技术？（P18-20）物理实验中应掌握的基本调节技术有：仪器初态与安全位置的调节、回路接线法、跃接法、零位（零点）差消除的调节、先定性后定量原则等。计算机和计算器在物理实验中有哪些基本应用？（教材计算器的基本应用：测量数据的统计处理；图形的简单处理等。计算机的基本应用：实验数据处理、模拟与仿真实验、实时测量、利用物理实验课程网站进行物理实验的辅助教学和教学管理等。指出几种利用机械放大作用来提高测量仪器分辨率的测量工具。(教材P15)游标卡尺、螺旋测微器、迈克尔逊干涉仪等。指出一种能进行微小变化量的放大的方法；指出两种能进行视角放大的仪器。(教材P15)光杠杆放大法（测金属丝的微波伸长量；放大镜、显微镜、望远镜等。为什么说采用视角放大法不会增加误差？(教材P15)在视角放大中，被观察的物理量只是在观察场中放大视角，实际尺寸并没有发生变化，所以不会增加误差。补偿法（或称均衡法）的优点是什么？举出几种补偿法（或称均衡法）应用的实际例子。(教材P16)优点：可以免去一些附加的系统误差，当系统具有高精度的标准量具和平衡指示器时，可获得较高的分辨率、灵敏度及测量的精确度。例子：等臂天平称重、惠更斯电桥测电阻、电位差计测电压以及各种平衡电桥的测量等。举出物理模拟法与数学模拟法的实际例子。(教材P17)物理模拟法例子：用光测弹性法模拟工件内部应力分布情况；用“风洞”中的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行等。数学模拟法例子：用稳恒电流场来模拟静电场的实验。如何理解仪器初态与安全位置？(教材P18)仪器初态是指仪器设备在进入正式调整、测量前的状态。正确的仪器初态可保证仪器设备安全，是保证实验工作顺利进行的基础。安全位置则是保证仪器处于正确的仪器初态的位置，如未合上电源前应使电源的输出调节旋钮处于使电压输出为最小的位置；仪器上的一些方位调节螺钉在正式调整前应处于松紧适中的状态等。在示零法测量中，常采用跃接法。跃接法的主要作用在哪？(教材P18)主要作用：在远离平衡状态时保护仪表（如标准电池和检流计等，使其免受长时间的大电流冲击；在接近平衡时，通过电路的瞬间通断比较，提高检测灵敏度。零位校准有哪两种情况？应分别如何对待这两种情况？试分别举例说明。(教材P18)一种是测量仪器本身有零位校准器，可对其进行零位调整，如对电表的机械调零，使仪器在测量前处于零位；另一种是仪器虽然零位不准，却无法进行调整和校对，如磨损了的米尺、千分尺等，针对这种情况，在测量前需记录最初读数，以备在测量结果中进行零位修正。使用哪些仪器时需要进行调焦操作？（教材P19)在使用显微镜、测微目镜和望远镜等光学仪器时，需要对仪器进行调焦操作。什么叫视差现象？如何消除视差？（教材P19)读数标线（指针、叉丝）和标尺平面不重合时，眼睛从不同方向观察时会出现读数有差异或物与标尺线有分离的现象，称为视差现象。消除视差的方法有两种：一是使视线垂直于标尺平面读数；二是使标尺平面与被测物密合于同一平面内。使用带有叉丝的测微目镜、读数显微镜等仪器时，需要进行消视差调节。为什么？（教材P19)用带有叉丝的测微目镜、读数显微镜和望远镜进行的测量属于非接触式测量，使用时必须进行消视差调节，即需要仔细调节目镜（连同叉丝）与物镜之间的距离，使被观测物经物镜后成像在作为标尺的叉丝分划板所在平面内，一般是边调节边稍稍移动眼睛，看两者是否有相对运动，直调至基本无相对运动为止。试列举几个采用逐次逼近调节的例子。（教材P19)在分光计实验中，调节望远镜和平台水平时，用的“减半逼近”法就是逐次逼近法的例子。另外，对水平、铅直及天平平衡等的调节，采用逐次逼近法也十分有效。什么叫空程误差？如何消除空程误差？（教材P20)由丝杆、螺母构成的转动与读数机构，调节时常出现与丝杆联结在一起的鼓轮已有读数改变，而由螺母带动的机构尚未产生位移，从而造成了虚假读数，这就是空程误差。为了消除空程误差，使用此类仪器（如测微目镜、读数显微镜、迈克尔逊干涉仪）忽正忽反旋转鼓轮。如在做分光计实验和迈克尔逊干涉实验中就要特别注意空程误差的消除。如何理解先定性后定量的调节原则？（教材P20)我们常采用“先定性后定量”的原则进行实验。“先定性后定量”的原则可以这样理解：仪器调整好后，在进行定量测量前，先定性地观察实验变化的全过程，了解变化规律，测量间隔就应取小些。这样采用不同测量间隔测得的数据作图就比较合理。第二章复习提要系统误差来源于哪些因素？（教材P26）系统误差主要来源于以下几个方面：理论误差、仪器误差、环境误差、人员误差等。实验测量分哪几类？为什么测量结果都带有误差？（教材P25)按测量方式分，实验测量可分为直接测量和间接测量；按测量条件分，测量又可分为等精度测量和不等精度测量。（教材P26）对各种物理量的测量，一般均力图得到真值。但是由于受到测量仪器灵敏度和分辨率的影响，实验原理的近似性，环境的不稳定性以及测量者自身因素的局限，测量总是得不到真值。所以测量结果都带有误差。误差存在于一切测量中，并且贯穿测量过程的始终。误差的大小反映了人们的认识接近于客观真实的程度。系统误差如何分类？（教材P26）按系统误差对结果的影响可分为恒定的系统误差、周期变化的系统误差和累积误差。按掌握的程度可分为可定系统误差和未定系统误差。随机误差具有哪些性质？（教材P27）随机误差具有单峰性、对称性、有界性和抵偿性。绝对误差和相对误差两者中，哪一个更能全面地评价测量的优劣？（教材P26）绝对误差是一个有量纲的代数值，它反映测量值偏离真值的程度；相对误差是一个无量纲的量，它反映了绝对误差对测量结果影响的严重程度，它能更全面地评价测量的优劣。（P27）（P27）一般情况下，系统误差不能通过多次测量来发现（或减少（P27）如何理解测量的精密度、准确度和精确度？测量的精密度、准确度和精确度都是评价测量结果优劣的。测量的精密度反映测量时随机误差大小的程度，是描述测量重复性高低的。即精密度越高，反映仪器越精密，数据越集中；测（教材P28）如何修正由于仪器零点不准引起的误差？(教材P18)如磨损了的米尺、千分尺等，针对这种情况，在测量前需记录最初读数，以备在测量结果中进行零位修正。 仪器的最大误差与标准误差的关系如何？当仪器误差的概率分布服从均匀分布时，已知仪器的最大误差 仪，则仪器的标准误差 仪=？当仪器误差的概率分布服从正态分布时，情况又如何？ /C(教材P29)仪器的最大误差 仪与标准误差 仪的关系为： 仪 仪 ，其中C称为置信系数，它由仪器误差的概率分布决定。(教材P30)当仪器误差的概率分布服从均匀分布时，已知仪器的最大误差

仪则仪器的标准误差

0.683

仪当仪器误差的概率分布服从正态分布时，

/3仪 。消除或减少系统误差常见有哪些方法？结合具体实验举例说明。WxWx直接测量的有效数字的位数由什么因素决定？间接测量的有效数字的位数由什么因素决定？ 中的两个直接测量量 与 ，哪一个对W的误差影响更大？为什么？x(教材P35)直接测量量的有效数字的位数由被测量及测量仪器的精度共同决定；间接测得量的有效数字位数取决于直接测得量的大小、测量误差和函数运算性质。因为它的次方数更高。Amnfk1“四舍六入、逢五配偶”原则与“进位法”有何区别？它们各应用于哪种情况？

对W的误差影响更大，(教材P33)“四舍六入、逢五配偶”原则：对保留数字末位以后的部分：小于5则舍，大于5则入，等于5则把末位凑为偶数，即末位是奇数则加入（五入，末位是偶数则不变（五舍称为“四舍六入，逢五配偶”规则。它适用于平均值的计算。(教材P39)1~9的，均要进一位。它适用于不确定度和相对不确定度的计算。d2

5.3326.52 V h 在

2 2

中， 应取几位有效数字？ (教材P35) 应取4位有效数字，因为除 以外的计算结果为3位有效数字， 应多取1位。有效数字的运算中，正确数如何处理？(教材P35)正确数不是由测量得来的，不存在存疑的问题（即它的有效数字位数可以是无限多位果中的有效数字即可。根据有效数字的加减法运算法则、乘除法运算法则分别得到一条仪器选择原则。这两条原则的具体内容各是什么？(教材P34)根据有效数字的加减法运算法则可知：若干个直接测量量进行加法或减法运算时，选用精度相同的仪器最为合理。这是仪器选择原则之一。(教材P34)根据有效数字的乘除法运算法则可知：测量的若干个量，若是进行乘除法运算，应按有效数字位数相同的原则来选择不同精度的仪器。这是仪器选择原则之二。18．什么叫不确定度？什么叫置信区间？什么叫置信概率？(教材P35)(P35)x的误差范围或叫置信区间。(教材P35)测量值落在给定误差范围内的概率称为测量数据的置信度或置信概率。表达测量结果的三要素是什么？(P36)实验结果（X、单位及不确定度（UP）是表达测量结果的三要素。用不确定度对测量结果进行评定的三个主要原则是什么？(P36)测量结果的不确定度主要分成ABA类不确定度分量是用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度；B评定标准不确定度。测量结果的合成标准不确定度是各分量平方和的正平方根。t，作为展伸不确定度，使测量结果能以高置信度包含被测真值。哪些情况下常对物理量进行单次测量？(教材P38)遇到以下情况进行单次测量：一是由于条件的限制，不可能进行多次测量；二是由于仪器精度较低，随机误差很小，多次测量读数相同，不必进行多次测量；三是被测对象不稳定，多次测量的结果并不能反映随机性，此时多次测量已失去意义；四是对测量的准确程度要求不高，只测一次就够了。用不确定度表示测量结果的书写规范是怎样的？单次直接测量结果的规范表示：(P38)XX U测 XX U 的形式，式中 测为测量值， X常用仪器的最大误差 表示。多次直接测量结果的规范表示：(P38)XXU 0.68 U

P=68%U 0.68100% r X间接测量结果的规范表示：(P40)wwU w U

(P68%) r

w100%w有参考值或理论值时测量结果的规范表示：(P36)WWW WW W测 理UU r W理

100%测量结果中，有效数字的位数是如何确定的？(P39)U和U不确定度中间运算过程的结果 A B保留两位有效数字，且用“进位法”截尾，以保证其置信概率水平不降低。所谓“进位法即只要舍去1~9的，均要进一位。UU4时，也可取两位有效数字，若仪器示值误差为两位有效数字时也可取两位有效数字，按“进位法”截尾。Ur一律取两位有效数字的百分数表示，并按“进位法”截尾。X结果表示中的平均值 ，其最后一位数字要与不确定度U的最后一位对齐，按“四舍六入，逢五配偶”的规则进行取舍。常用的实验数据处理方法有哪几种？各有什么特点？采用列表法应注意哪些问题？物理实验中常用于处理数据的方法有：列表法，图示图解法，逐差法及最小二乘法等。(教材P44)列表法特点：实验数据（记录和处理）列成表格有助于我们更好地了解物理量之间的规律性，有利于求解经验公式。此外，数据列成表格还可以提高数据处理的效率，减少或避免差错，省去不必要的重复计算，结果简明扼要。(教材P45)图示图解法最明显的优点：形象、直观。缺点带有主观随意性，不够准确。最小二乘法较准确，逐差法的准确度介于图示图解法和最小二乘法之间。应用逐差法处理实验数据的优点是什么？应用条件是什么？(P49)应用逐差法的条件是：自变量等间距变化，且与因变量之间的函数关系为线性关系。应用图示图解法处理实验数据优点是什么？(P45)图示图解法优点：①把数据间函数关系形象直观化，能清楚地看出变量的极大值、极小值、转折点、周期性和某些奇异性；②有利于发现个别不服从规律的数据，可剔除之；③通过描点作图具有取平均的效果；④从曲线图很容易得出某些实验结果（如直线的斜率和截距值等，读出没有进行观测的对应点（内插法，或在一定条件下从图线的延伸部分读测量范围以外的对应点（推法。此外还可以把某些复杂的函数关系通过一定的变换用直线图表示出来。应用最小二乘法处理实验数据的优点是什么？应用最小二乘法处理实验数据的优点是：结果比较准确、可靠。、、设某一测量列的随机误差服从正态分布，问测量值的随机误差落在

内的概率各是多少？(教材P27-28)、、、、随机误差服从正态分布时，测量值的随机误差落在3

、内的概率分别是：68.3%，95.4%，99.7%。、在区间

为极限误差？(教材P28) ,x 内，测量值出现的机会将达到99.7%，这意味着，从统计的角度来看，只要满足等精度测量，哪怕重复测量一千次，最多也只有三次超出误差范围 3

称为极限误差。相关系数 的值与最小二乘法线性回归合理性的关系如何？(教材P52) 的值在-1到+1之间，如果

接近1，说明实验点能聚集在一条直线附近，用最小二乘法作线性回归比较合理；相反，如果

远小于1而接近于0，则说明x与y完全不相关，用线性函数回归不妥，必须用其他函数重新试探。第二章习题1-22指出下列各量各是几位有效数字，测量时可能选用的仪器及其可能的精度是多少？⑴1.5062m（51m；⑵2.997mm(4位，千分尺，0.01mm)；⑶26.40mm(4位，游标卡尺，0.02mm)；104⑷5.36 kv(3位，电压表，0.01V)；⑸0.0606A(3位，电流表，1mA)；⑹1.39oC(3位，温度计，0.1oC)；⑺24.37（40.01S；⑻170.022g(6位，天平，0.02g).试用有效数字运算法则计算出下列结果：⑴100.50－2.5=98.0 ⑵⑶100kg＋100g=100kg 1234.51234.5

12350.1 1036.160.8023sin53216.160.8023 20.9 2 103⑸ =35.135

5.0365.03240.0013.2)⑺1.0)1V d2h1

0.80 ⑻103

2=4.84

104⑼ 4 h=0.005m，d=13.9841 1

(m)，试计算V的值。V d2h 3.1103)20.0058107m34 4（教材P3）N(10.80000.2)cm(p68%) ⑴ UrN(10.80.2)cm改正为：Ur

1.9%

(p68%)；⑵q(1.612480.28765)1019C(P；⑵U