2023年大学物理实验报告全解

预习思考题】

1.用电流场模拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？

用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的

结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场

与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要使他们满足形式相同的边界条件,

则两者必然有相同的场结构。模拟的条件是：稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场

中的带电体几何形状相同：稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足

。极＞＞。介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用电极系

统与被模拟电极系统的边界条件相同。

2.等势线和电场线之间有何关系？

等势线和电场线处处互相垂直。

3.在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的?此处的电场线和等势线与边界有什么

关系？它们对被测绘的电场有什么影响？

在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。此处的电场线垂直于边界,而等势线平行于边界。

这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间中的

分布特性。

【分析讨论题】

1.假如电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化?电场强度和电势分布是否发

生变化？为什么？

假如电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分布

更为密集。由于边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，等势

线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，

相应的电场强度就会增长。

2.在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？

测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，也许的因素有：电极形状偏离圆形，

导电介质分布不均匀，测量时的偶尔误差等等。

3.从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的等势线半径和理论值相比是偏大还

是偏小？有哪些也许的因素导致这样的结果？

⑴偏大，也许因素有电极直径测量偏大，外环电极表面有氧化层产生附加电阻,电压标示器件

显示偏大等；⑵偏小，也许因素有电极直径测量偏小，中心电极表面有氧化层产生附加电阻，

电压标示器件显示偏小等。

3.分光计【预习思考题】

1.分光计由哪几部分组成，各部分的作用是什么？

答:分光计由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分组成。

(1)平行光管用来提供平行入射光。

(2)望远镜用来观测和拟定光束的行进方向。

(3)载物台用来放置光学元件。

(4)读数装置用来测量望远镜转动的角度。

2.调节望远镜光轴垂直于仪器中心轴的标志是什么？

答:通过目镜观测到双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十

字重合。

3.“+”字像、狭缝像不清楚分别如何调整？

答：(1)“+"字像不清楚说明分划板没有位于物镜的焦平面上，应松开目镜紧锁螺钉，前后

伸缩叉丝分划板套筒，使“+”字像清楚并做到当眼睛左右移动时，“十”字像与叉丝分划板

无相对移动，然后锁紧目镜紧锁螺钉。

(2)狭缝像不清楚说明狭缝没有位于平行光管准直透镜的焦平面上，应松开狭缝紧锁螺钉,

前后伸缩狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中清楚地看到边沿锐利的狭缝像时，然

后锁紧狭缝紧锁螺钉。

【分析讨论题】

1.当通过目镜观测到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处在“”形叉丝的上十字上

下对称位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？当通过目镜观测到双面镜正反两面反

射回来的“+”字像处在叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？

应如何调节？

答：（1）当通过目镜观测到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处在“”形叉丝的上十字

上下对称位置时，说明载物台没调好，望远镜已水平。应调载物台下调平螺钉b或C,使双面

镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。

（2）当通过目镜观测到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处在叉丝分划板同一水平位置

时,说明望远镜不水平，双面镜镜面法线已水平。应调节望远镜倾角螺钉，使双面镜正反两面

反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。

2.如何用反射法（一束平行光由三棱镜的顶角入射，在两光学面上提成两束平行光）测三棱镜

的顶角？

解：如图所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱镜顶角上，分别射向三棱镜的两个光

学面AB和AC,并分别被反射。由反射反射法光路图

定律和几何关系可证明反射光线1、2的夹角与棱镜顶角关系为

先使望远镜接受光线1,记下两个角游标的读数和，然后，再转动望远镜使望远镜接受光

线2,记下两个角标读数和，两次读数相减即得

4.灵敏电流计特性研究

【预习思考题】

1.叙述电流常数的物理意义。为什么使用灵敏电流计作定量测量时需测定电流常

数？

答:灵敏电流计的电流常数（分度值），是由灵敏电流计自身结构决定的一个常数，表达“光指

针”每偏转单位长度（此处为一个最小分度）所需的电流,单位是A/div.

由于测定出电流常数才干知道最小分度代表多少电流，这样可以根据指针偏转的格数拟定电

流值。

2.本实验采用两次分压电路（参见图5.1-6）的目的是什么？

答:由于灵敏电流计只能通过极小电流，因此，实验电路采用两次分压电路以获得灵敏电流计

允许的低电压。

3.灵敏电流计与普通电流计的构造有何不同?说明其灵敏度高的因素。

答:电流常数的倒数称为灵敏电流计的电流灵敏度

为了提高灵敏电流计的灵敏度，灵敏电流计与普通电流计的构造不同,其读数系统采用多次

反射光学系统（即在光路中增长反射镜），这相称于增大了式中的值，并且结构也不因此而庞

大。

【分析讨论题】

1.推证“半偏法”测内阻的原理。

答：参见图5.1—6,当R2=0,“光指针”偏转格数为d0,即

当R2=R2',“光指针”偏转格数为d0/2（半偏），此时

所以，，Rg=R2'

2.说明力矩M磁、M弹、M阻产生的因素以及它们对线圈的作用。

答:线圈的竖直两边所在处磁场的磁感应强度大小相等、方向始终在线圈自身的平面内，从

而它们受到的安培力大小相等、方向始终与线圈平面垂直，这一对力产生的磁力矩即

为。线圈偏转使得悬丝发生扭转而产生反方向的弹性恢

复力矩.M磁和M弹决定了线圈最后到达的平衡位置。

线圈在转动时，还要受到电磁阻尼力矩的作用，电磁阻尼力矩的大小决定线圈的运动特性。

3.阻尼开关的作用是什么?简述其工作原理。

答:阻尼开关的作用是使线圈处在欠阻尼状态下在“0”点附近振动时，当“光指针”通过零

点时按下此开关，光标就会停在零点，这就大大方便了我们的调节。

其工作原理重要是运用过阻尼状态，即当R外较小（P较大）时,电磁阻尼力矩M阻较大，此时

线圈将缓慢地趋向平衡位置。

4.试分析本实验的重要误差来源，。

答：导致实验误差的因素有以下几处•⑴电流计中1g与光斑移动距离x不成正比；2）电

流计灵敏阈过大，导致指示不灵敏（当电阻箱数值变化△R2不够大时，观测不到电流计的

电流变化AI。由于由AR2引起的偏转格数变化Ad,一定要大于0.1格，否则人眼很难

分辨出d是否有变化）;⑶可变电阻R2不准；（4）电源电压不稳;（5）伏特表读数不准。

5.用惠斯通电桥测电阻的温度系数

【预习思考题】

1.电桥的平衡与工作电流I的大小有关吗?为什么？

答:电桥的平衡与工作电流I的大小无关。电桥接通后，一般在桥路上应有电流流过，检流计

的指针会发生偏转。适当调节Rl、R2、Rs的值，使检流计中的电流1g等于零，指针应指在

零位，这时电桥达成了平衡。电桥达成平衡后应满足：

I1=12Ix=lsUAB=UADUBC=UDC

即则-----电桥的平衡条件

由电桥的平衡条件可知，电桥的平衡与工作电流I的大小无关。

2.在调节比较臂电阻Rs使电桥平衡的过程中，若电流计相邻两次偏转方向相同或相反，各

说明什么问题?下一步应当如何调节Rs,才干尽快使电桥平衡？

答:电桥面板右上方为依次相差10倍的四个读数盘，联合使用,共同表达比较臂电阻Rs的值。

在调节比较臂电阻Rs,使电桥平衡的过程中，若电流计相邻两次偏转方向相同，且指针的摆

幅减小或摆速减慢，说明该读数盘调整的方向对的，下一步应继续沿这个方向调整该盘；若

电流计相邻两次偏转方向相反，说明该读数盘数值调过了，需要倒回一挡，然后调整减小1

。倍的另一读数盘。这样依次调整，直至电桥达成平衡。

【分析讨论题】

1.若电桥内所用干电池已使用很久，你认为会影响测量的准确度吗？为什么？

答：若电桥内所用干电池已使用很久，会影响测量的准确度。电桥的灵敏限度直接影响了测

量结果的准确度。电桥的灵敏度愈高，测量误差愈小。提高电桥灵敏度是减小测量误差的一

个重要方法。在电桥偏离平衡时,应用基尔霍夫定律，可以推导出电桥灵敏度为

其中€为电源电动势。由上式可以看出电桥灵敏度和电源电动势的大小有关，干电池使用久

了，电源电动势减小，会减少电桥的灵敏度，影响测量结果的准确度。

2.QJ23型电桥中按钮“B”和“G”的作用是什么?应按如何的顺序操作？为什么？

答:QJ23型电桥面板的右下方处,B和G是两个按钮开关,分别控制电源回路和检流计回路。

测量时B、G开关应采用点接法。接通电路时，应先按下B,再按G；断开时，先断G,再断B。

按这样的顺序操作，是为了保护检流计，以免在电源接通和断开时产生较大的感应电流，而导

致检流计的损坏。

6.预习思考题

1.光电池在工作时为什么要处在零偏或反偏

硅光电池负载为零时，短路电流在相称大的范围由与光照度成线性关系;而开路电压与光照

度的关系，显非线性。因此，由实验知，负载电阻愈小，光电流与照度之间线性关系愈好。

且线性范围宽。光功率计中的内部电路，须达成在待测量光照度的范围内，其等效电阻大小

达成规定小的规定。

2.光电池对入射光的波长有何规定

光子能量公式E=hv中，一般频率高的能量比较大，所以以能在金属板上打出电子的前提下,

波长越短越好的。

分析讨论题

2.当单个光电池外加负载时，其两端产生的光伏电压为什么不会超过0.7伏？

当单个光电池生产出来后它的电动势就拟定了，并且光电池的内阻较大，当加负载后内阻上

会有分压，所以外电压会小于电动势（可近似认为是不加负载时用电压表所测电压），当负载

增长即电流增长时,内电压增长而外电压（即加负载时电池两端电压）减小，这是由光电池的特

点决定的。假如电池的内阻很小则负载变化时外电压的变化就较小

3.如何获得输出高电压、大电流输出的光电池

需要高电压时应将光电池串联使用；需要大电流时应将光电池并联使用

7.热导率和对流传热系数的测量

【预习思考题】

L热导率的物理意义是什么?对流传热系数是什么？

热导率的物理意义为：当相距单位长度的两个平行平面间的温度相差一个单位时，在单位时

间内通过单位面积所传导的热量。对流传热系数是在对流传热条件下，单位时间内经对流方

式从表面S传出的热量与温度差T1-T2和表面积S的比例。

2.假如用本实验装置测定良导体的热导率，样品的形状应有何改变？为什么？

若要测量良导体样品，则样品需做成截面积比较小而传热方向上的长度较大的细长形状。由

于良导体的导热性能好，样品只有做的比较长才干在其两端产生比较明显、易于测量的温差,

而做的比较细是为了尽也许减小侧面散热的影响。

3.用式（5.3-6）或式（5.3—14）测热导率规定哪些实验条件，在实验中如何保证？

需要热电偶的冷端保持温度恒定，实验中采用冰水混合物来保证热电偶的冷端保持0℃；需

要尽也许减小样品侧面散热的影响，因此将样品做成薄圆盘状；需要样品的上、下表面各自

温度均匀且易于测量，实验中加热盘和散热盘均为金属盘且各自与样品的上、下表面分别密

切接触；需要易于散热，实验中采用风扇对散热盘吹风来保证；等等。

【分析讨论题】

1.为什么能将数字电压表的示值当作温度值直接代入式（5.3-6）或式（5.3-14）中计

算热导率K?

由于热电偶冷端温度为0℃,所以通过热电偶测得的电压。所以有，而这就是式（5.3

一6）中所包含的所有和温度相关的项。由此可见可以将数字电压表的电压示值当作温度值

直接代入式（5.3—6）中进行计算。

2.对环境温度的测量为什么要在实验的最后一步而不是在较靠前的环节进行？

理论上对环境温度是先测量还是后测量都是同样的，但是从实际情况分析还是后测量比较准

确，这是从减小实验误差的角度考虑的。实验进行前，由于还没有进行实验，实验过程中的散

热也没有影响，因而实验前的环境温度与实验后相比必然有一定限度的偏低。而实验中对散

热过程的测量是在实验靠后的环节进行的，此时实验过程中的散热必然已经使环境温度有一

定限度的变化，因此最后测量环境温度，测得的结果更接近散热过程测量所需的环境温度。

因此,对环境温度的测量放在了实验的最后一步进行。

8.预习思考题

1.什么是同步？

用？Y轴信号频率去控制扫描发生器的频率，使信号频率准确地等于扫描频率或成整数倍，该

电路的控制作用，称为同步。

2.在观测李萨如图形时，能否用示波器的“同步”将其稳定下来？假如不能,那是为什么？

不能，由于观测李萨如图形时工作在X-Y方式下，内部锯齿波扫描信号被切断，两路信号都

是从外部输入，而示波器的“同步”是调节内部锯齿波扫描信号的，所以“同步”对李萨如

图形没有影响。

3.假如被观测的图形不稳定，出现向左移或向右移的因素是什么？如何使之稳定？

由波形显示原理知：因素是其扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍，以致

每次扫描开始时波形曲线上的起点均不同样所导致的。要想使显示屏上的图形稳定，必须使

扫描电压的周期与被测信号的周期之间满足Tx/Ty=n（n=l,2,3,…），n是屏上显示完

整波形的个数。

分析讨论题

1.荧光屏上无光点出现,有哪些也许的因素？如何调节才干使光点出现？

也许的因素有:电源没有打开、亮度太小或没有、光点的位置偏离了显示屏。一方面检查电

源开关是否打开，（看电源指示灯是否亮）然后将亮度旋钮调至较大，（顺时针方向调节）将X

轴、Y轴输入端接地，调节水平位移和竖直位移，直至亮点出现在显示屏上。

2.若被测信号幅度太大（在不引起仪器损坏的前提下），则在示波器上看到什么图形?要想完

整地显示图形，应如何调节？

若被测信号幅度太大时看到的是不完整的波形。要想完整地显示图形，应将示波器的VOITS

/DIV垂直输入灵敏度选择开关根据被测信号的电压幅度,选择适当的档级以利观测，

3.示波器能否用来测量直流电压?假如能测,应如何进行？

能。要测量直流电压，所用示波器的Y通道应采用直流耦合方式（假如示波器的下限频率不

是0,则不能用于测量直流电压）。进行测量前，必须校准示波器的Y轴灵敏度，并将其微调

旋钮旋至“校准”位置。

测量方法：将垂直输入耦合选择开关置于“_L”，采用自动触发扫描，使荧光屏上显示一条扫

描基线，然后根据被测电压极性，调节垂直位移旋钮，使扫描基线处在某特定基准位置(作0V

电压线)；将输入耦合选择开关置于“DC”位置;将被测信号经衰减探头(或直接)接入示波

器Y轴输入端，然后再调节Y轴灵敏度(V/cm)开关，使扫描线有较大的偏移量。设荧光屏显

示直流电压的坐标刻度为H(cm),仪器的Y轴灵敏度所指档级为SY(V/cm),Y轴探头衰减

系数K,则被测直流电压值为UX=H(cm)•SY(V/cm)•K。

9.光电效应测定普朗克常量

【预习思考题】

1.一般来说，光电管的阳极和阴极的材料不同，它们的逸出功也不同，并且阴极的逸出功总是小

于阳极的逸出功，因此它们之间的接触电势差在K-A空间形成的是一个反向阻挡电场,试定量

说明接触电势差对光电管伏安曲线的影响？

答：接触电势差使光电管伏安曲线向右平移。

2.什么是遏止电势差Uc?影响遏止电势差拟定的重要因素有哪些?在实验中如何较精确地拟

定遏止电势差？

答：在阴极光电效应中，当光电管两端加上反向电压时，阴极光电流迅速减小，但直到反电

压达成某个Uc时阴极光电流才为零，Uc称为阴极光电流遏止电势差。影响阴极光电流遏

止电势差拟定的重要因素有二：L当光照射到阴极时,必然有部分光漫反射至阳极，至使阳极

产