大学物理试验复习思考题大部分答案

本文格式为Word版，下载可任意编辑——大学物理试验复习思考题大部分答案《大学物理试验B》复习思考题

第一章误差、不确定度和数据处理的基本知识

1、误差的概念，误差的分类。

物理试验离不开对物理量的测量，测量有直接的，也有间接的。由于仪器、试验条件、环境等因素的限制，测量不可能无限确切，物理量的测量值与客观存在的真实值之间总会存在着一定的差异，这种差异就是测量误差。

误差分为：

（一）系统误差包含：仪器误差、仪器零位误差、理论和方法误差、环境误差和人为误差等。

（二）过失误差

过失误差，指试验者使用仪器的方法不正确，试验方法不合理，马虎大意，过度疲乏，读错、记错数据等引起的误差。只要试验者采取严肃认真的态度，就可以消除这种误差。

（三）偶然误差（又叫随机误差）

2、测量不确定度的概念是什么？如何对测量不确定度进行评定？怎样对测量结果进

行报道？

uA(x)?Sx?Sxn?(xi?x)2?i?1nn(n?1)

uB(x)??仪??仪C

22uC(x)?u(x)2A?u(x)B?(Sx)?(?仪3)2（p=68.3%）

3、测量结果有效数字位数是如何确定的？

（1）不确定度的位数一般只取一位（而且只入不舍），若首位是1时可取两位。相对不确定度为百分之几，一般也只取一、两位。

（2）不确定度决定了测量结果有效数字的位数，即测量结果的有效数字最终一位应与不确定度所在位对齐；若不确定度取两位，则测量结果有效数字的末位和不确定度末位取齐。

（3）有效数字尾数舍入规则：尾数“小于五则舍，大于五则入，等于五凑偶〞，这种舍入法则使尾数舍与入的概率一致。

（4）同一个测量值，其精度不应随单位变换而改变。

4、作图法是如何处理数据的？（1）作图规则

①作图一定要用坐标纸；②画坐标纸大小和确定坐标轴分度；③画出坐标轴；④数据点；⑤连线；⑥标注图名.（2）图解法求直线的斜率和截距

求直线斜率和截距的具体做法是，在描出的直线两端各取一坐标点A（x1，y1）和B（x2，y2），则可从下面的式子求出直线的斜率a和截距b。

1

a?xy?x1y2y2?y1，b?21

x2?x1x2?x1A、B两坐标点相隔要远一些，一般取在直线两端附近（不要取原来的测量数据点），且

自变量最好取为整数。

5、逐差法是如何处理数据的？

试验2示波器的原理与应用

1．从CH1通道输入1V、1KHz正弦波，如何操作显示该信号波形？2．当波形水平游动时，如何调理使波形稳定？此时应当调理触发电平（“TRIGLEVEL〞）旋钮，被测信号在某选定电平上被触发，使波形稳定

3．如何测量波形的幅度与周期？

运用“间距测量法〞和“光标测量法〞可测量。4．调理什么旋纽使李萨如图稳定？??触发电平（“TRIGLEVEL〞）旋钮

5．当示波器出现下面不良波形时，请选择适合的操作方法，使波形正常。（1）波形超出屏幕：1调大“偏转因数（VOLTS/DIV）；（2）波形太小：2调小“偏转因数〞；（3）波形太密：4调小“扫描速率〞；（4）亮点，不显示波形：5水平显示置“A〞（常规）方式。

可选答案：①调大“偏转因数（VOLTS/DIV）〞；②调小“偏转因数〞；③调大“扫描速率（TIME/DIV）〞；④调小“扫描速率〞；⑤水平显示置“A〞（常规）方式；⑥水平显示置“X-Y〞方式。

6．观测李萨如图时，要改变图形的垂直大小，应调理CH2通道的“偏转因数（VOLTS/DIV）〞；要改变图形的水平大小，应调理CH1通道的“偏转因数（VOLTS/DIV）〞；要改变图形的垂直位置，应调理CH2通道的“垂直位移（POSITION）〞。（可选答案：CH1，CH2）。

7．用示波器测得的CH1（X）信号的波形如下面左图所示，CH1（X）信号与CH2（Y）信号合成的李莎茹图如下面右图所示，示波器屏幕上已显示了必要的参数，图中每1大格为

1ms/cmCH1I：1V/cmI：1V/cm2：5V/cm

1cm。请回复以下回题：（1）CH1（X）信号的UPP为6.1V；（2）CH1（X）信号的周期为5.0ms；（3）CH2（Y）信号的频率为100Hz。

2

（C）8．示波器如图３中，改正垂直方向幅度太小、方向幅度太大的现象，应如何调理？A.调大“偏转因数〞、调大“扫描速率〞B.调小“偏转因数〞、调小“扫描速率〞C.调小“偏转因数〞、调大“扫描速率〞D.调大“偏转因数〞、调小“扫描速率〞

水平

图３

9.一台好的示波器处于扫描状态，但荧光屏上没有扫描线，不必调理的旋钮是（B）。

A、亮度旋钮B、聚焦旋钮C、水平位移D、上下位移

试验12霍尔效应

1．什么是霍尔效应？

当载流子通过时，受洛伦磁力在两极板上聚集，从而产生电场。当电场强度足够大时，载流子所受洛伦磁力和电场力平衡达稳定。这种产生电场的现象叫做霍尔效应。

2．测量霍尔电压时伴随产生四种副效应，本试验用什么方法消除副效应的影响？本试验用换向测量法消除副效应的影响。

3．用霍尔效应如何测量磁场？用霍尔效应试验装置测量磁场应注意些什么？

霍尔效应产生的电压信号和通过的电流及磁场成正比，要测磁场，则可以通恒定的电流信号，则电压信号和磁场就成正比了，也就测量出磁场信号了由UH?ISBIBUH?RHB?KHISB得B?neddKHIS4．如图４所示，霍尔元件通入工作电流IS，磁场的方向垂直指出纸面，A、B两边累积正、负电荷，UAB＞0，根据运动的载流子受到洛仑兹力的作用，可判断该霍尔元件是N型半导体。

5．如图５所示，若霍尔片的多数载流子为空穴，它的工作电流IS方向从左向右，霍尔电压UAB＞0，则磁场的方向为指入纸内（选：指出纸面或指入纸内）。

6．试分析：为何不宜用金属制作霍尔元件？由于霍尔元件的灵敏度KH与载流电子浓度n成反比，金属的载流子（自由电子）浓度大，其灵敏度较小，霍尔效应不明显，所以不宜用金属制作霍尔元件。7．若磁场的法线不是恰好与霍尔元件的法线一致，对测量

?结果会有何影响？如何判断磁场B的方向与霍尔片的法线方向一致？

x

IB

图４

图５z

I

y

AB图６

3

B的测量公式B?UH的测量条件是霍尔片法线与磁场的方向一致，若磁场的方向不KHISUH测出的只是实际磁场在霍尔片KHIS是恰好与霍尔元件的法线一致，则B的测量公式B?法线的一个分量，测出的霍尔电压要比磁场的方向恰好与霍尔元件的法线一致是产生的霍尔电压小；测量时，转动霍尔片，霍尔电压显示值最大时，说明霍尔片法线与磁场的方向一致。

8．图６中霍尔元件的多种载流子是哪种？空穴

试验7分光计的调整与使用

1．本试验所用分光计测量角度的精度是多少？仪器为什么设两个游标？如何测量望远镜

转过的角度？P71,P72.

验所用分光计测量角度的精度是1＇；仪器为设两个游标是为了消除刻度盘和分光计中心轴之间的偏心差（这是一种系统误差），测量时分别读出两个游标的读数，取其平均值；锁紧望远镜和刻度盘连动螺钉，缓慢转动望远镜，用望远镜寻觅经过棱镜两反射面反射回来的狭缝亮线，使用望远镜转动微调螺丝，使狭缝向亮线与分光板上中心竖线重合，记录望远镜在左右两个位置的两刻度盘读书，运用公式

????1??2????2'??1'?2可得

2．假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和仪器转轴成一定角度β，则反射的

0

小十字像和平面镜转过180后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调理？试画出光路图。

0

反射的小十字像和平面镜转过180后反射的小十字像的位置不变，两像高度一致，均位于叉丝上方或下方。此时应当调理望远镜仰角螺钉，是十字反射像落在上十字线的横线上。

3．假设望远镜光轴已垂直于仪器转轴，而平面镜反射面和仪器转轴成一角度β，则反射的

0

小十字像和平面镜转过180后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调理？试画出光路图。

反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置一上一下，此时应当调理在舞台下的螺钉，直到两镜面反射的十字像等高，才说明载物台应经调好。

4.对分光计的调理要求是什么？如何判断调理达到要求？怎样才能调理好？P64

4

5.是否对有任意顶角A的棱镜都可以用最小偏向角测量的方法来测量它的材料的折射率？为什么？

否

6.在测角时某个游标读数第一次为343?56'，其次次为33?28'，游标经过圆盘零点和不经过圆盘零点时所转过的角度分别是多少？P69

游标经过圆盘零点：

360o?343o56'?33o28'?49o32'o'o'o'

不经过圆盘零点：34356?3328?31028

7．在试验中如何确定最小偏向角的位置？P69

向一个方向缓慢的转动游标盘（连同三棱镜），并用望远镜跟踪狭缝像，在望远镜中观测狭缝像的移动状况，当随着游标盘转动而向某方向移动的狭缝像，刚要开始向相反方向移动时，固定游标盘，此时确定的角度即是最小偏向角。）

8.测量三棱镜折射率试验中，从对准平行光管的位置开始转动望远镜，看到的折射谱线颜色排列顺序是什么？（黄绿紫）

试验8迈克尔逊干扰仪的调整与使用

1.迈克尔逊干扰形成条纹的条件、条纹的特点、条纹出现的位置和测量波长的公式。比较等倾干扰条纹和牛顿环（等厚干扰）异同。

等倾是入射角度不同的光具有不同的光程差。等厚是不同位置的光（入射方向一致）具

5

有不同的光程差；条纹都是同心圆环；牛顿环出现在空气层附近，等倾条纹出现在无穷远；测量波长的公式牛顿环：rk?kR?，等倾干扰：

cosi'?k?2nh（h为薄膜厚度，i'为折射

角）

2.怎样确凿读出可动反射镜M1的位置？

该读数由三部分组成：①标尺读数，只读出整毫米数即可，不需估读；②粗调大手轮读数，直接由窗口读出毫米的百分位，也不需估读；③微动鼓轮读数，由微动鼓轮旁刻度读出，需要估读一位，把读数（格数）乘10-4即毫米数。M1位置读数为上三读数和。

3.迈克尔逊干扰仪中的补偿板、分光板各起什么作用？用钠光或激光做光源时，没有补偿

板P2能否产生干扰条纹？用白光做光源呢？分光板是后表面镀有半反射银膜的玻璃板，激光入射后经半反射膜能分解为两束强度近似相等光线。

补偿板是折射率和厚度与分光板完全一致的玻璃板，使分光板分解的两束光再次相遇时在玻璃板中通过一致的光程，这样两光束的光程差就和在玻璃中的光程无关了。

4．在迈克尔逊干扰仪的一臂中，垂直插入折射率为1.45的透明薄膜，此时视场中观测到15个条纹移动，若所用照明光波长为500nm，求该薄膜的厚度。

试验16用分光计研究光栅光谱

1．光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处?在上述两种光谱中，哪种颜色的光偏转最大?

（光栅光谱和棱镜光谱采用不同的分光器件——衍射光栅和三棱镜得到。前者依据光栅方程(k=0，士1，士2,...)；后者根据不同波长的光在玻璃中的折射率不同产生色散。在光栅光谱中，对于同一衍射级次k，波长越大衍射角也越大，即红光偏转最大；在棱镜光谱中，由于波长越大折射率越小，偏向角也越小，故紫光偏转最大。）2.假使在望远镜中观测到的谱线是倾斜的，应如何调整？

平行光管透光狭缝倾斜所致，只要把狭缝调正即可；光栅刻痕和仪器中心转轴不平行，调平行即可。

3．如何测量光栅的衍射角？根据测量数据怎样计算谱线的衍射角和光栅常数？

6

衍射角通过光栅公式计算得到，即：dsin(a)=±k入,(=0,1,2,3...),由该公式就可算出光栅衍射角的值；而d=a+b，即光栅常数便可以得到光栅常数。

衍射图样上，中心对应0级，向两侧依次为正负1级条纹，正负2级条纹，依此类推。

4．用白光照射光栅时，形成什么样的光谱？

白光是波长分布连续的复色光，除0级谱线为白光亮线外，各级是从紫光到红光排列的连续彩色光谱

5．假使平行光并非垂直入射光栅片，而是斜入射，衍射图样会有何变化？

这时光栅方程变为d(sin??sin?)?k?（?为入射角），显然衍射图样的0级亮线两边谱线位置分布不对称（±K级谱线的衍射角不相等）

6.如何测量和判断平行光是否垂直入射光栅面？

在试验中，先把分光计调好使之处在能确凿测量状态。为使平行光管出射的平行光垂直入射到光栅面上，必需使狭缝亮线像（零级谱线）与分划板上竖直黑叉丝重合（望远镜对准平行光管），然后调理使光栅面反射回的绿色十字像与分划板上十字黑叉丝重合（平行光垂直入射光栅面），如下图，这图是垂直入射的判断方法之一。另一

个方法分别测出同一级的正负衍射角??、??，看是否相等，试验要求相差不超过5'。

7．试验中当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象？为什么？

图16-6

狭缝太宽则分辩才干下降，如两条黄光线分辩不清（由于狭缝太宽，造成谱线过宽不够细锐而重叠）；太窄，透光量太少，光线亮度太弱，视场太暗不利于测量。

8．当用波长为589.3nm的钠黄光垂直照射到每毫米具有500条刻痕的平面透射光栅上时，最多能观测到第几级谱线？

光栅常数d=1/500mm，衍射角最大为90度，由光栅方程

dsi?n?k??k?dsi?n?，显然φ=900时，有

k?kmax?d?，待人数据得，K=3

7

试验17等厚干扰试验

1.牛顿环形成的条件、条纹的特点、条纹出现的位置和测量波长的公式。比较等倾干扰条纹和牛顿环（等厚干扰）异同。比较牛顿环和劈尖的干扰条纹的异同点.

等倾是入射角度不同的光具有不同的光程差。等厚是不同位置的光（入射方向一致）具有不同的光程差；条纹都是同心圆环；牛顿环出现在空气层附近，等倾条纹出现在无穷远；测量波长的公式牛顿环：rk?kR?，等倾干扰：

cosi'?k?2nh（h为薄膜厚度，i'为折射

角）

2.何谓等厚干扰？如何应用光的等厚干扰测量平凸透镜的曲率半径？（把握求曲率半径的数据处理方法）

3.用牛顿环测量平凸透镜曲率半径时，对试验结果有影响的是（C）

A．牛顿环中心是亮斑而不是暗斑

B．测量直径时，叉丝交点没有通过环心C．测量直径时，测微鼓轮中途倒转

D．测量直径时，测微鼓轮只向一个方向旋转4.用读数显微镜测量出来的牛顿环直径是真实大小的牛顿环直径吗？如何调理使视场变明了？是

5．从牛顿环装置的下方透射上来的光，能否形成干扰条纹？假使能的话，它和反射光形成的干扰条纹有何不同？

6．假使在测量过程中，叉丝中心未与牛顿环中心重合，测得的是弦而不是直径，则对R的结果有无影响？为什么？无影响

8

22Dm?DnR?4?m?n??，而不直接7.为什么采用测量干扰圆环直径来求得牛顿环装置的曲率半径

2r?kR?条件得到曲率半径R.，请说明具体的原因。k测量干扰环的半径，由

8．假使待测透镜是平凹透镜，观测到的干扰条纹将是怎