《大学物理实验》第一册习题与思考题

《大学物理实验》第一册习题与思考题第一章实验测量不确定度与数据处理习题指出下列各项各项哪些属于系统误差，哪些属于偶然误差:米尺刻度不均匀实验者的偏见刻度因温度改变而伸缩最小分度后一位的雇计c.游标卡尺零点不为零电表指针的磨擦视差下列数值改用有效数字的标准式来表示光速=299792458_100米/秒热功当量=41830000_40000尔格/卡比热C=0.001730-0.0005卡/克度电子的电荷=4.803010-10静库。准确到0.1%⑸9876.52准确到0.2%3•请把下列各数值正确的有效数字表示于括号内:TOC\o"1-5"\h\z3.467 ±0.2 ( )⑵746.000 ±2 ( )⑶0.002654 ±0.0008 ( )⑷6523.587 ±0.3 ( )下列各式的算术运算都是正确的，就是没有考虑到有效数字的问题。假设下列各数值的最后一位都是估计(可疑)的，请在括号内以有效数字表示其正确答案。(1.732)(1.74)=3.01368 ( )(10.22)(0.0832)(0.41)=0.34862464 ( )y 30.9=2041.4 ( )6.038-6.034⑷628.7/7.8=80.6026 ( )(17.34-17.13)(14.28)=2.9988 ( )计算下式结果及其不确定度的表示式。N=A+2B+C-5D二0.0001cm-0.0001cm设：二0.0001cm-0.0001cmC=161.25 -0.01cm D=1.3242一圆柱体的直径为(2.14_0.02)厘米，求其横截面积。两分量（10.20_0.04）厘米和（3.01_0.03）厘米，相加时其不确定度该如何表示？相乘时其不确定度又该如何表示？一个正方体铁块的边长为（10.3±0.2）厘米，质量为（8665±8）克，试求其密度的不确定度表示式？并用“克/厘米”为单位表示结果。写出下列函数的不确定度表示式，分别用不确定度的算术合成和几何合成法表示。（用最合适的方法从不确定度或相对不确定度中选择一种）(1)N二xy_2z（2）Q_k（A2・B2）；其中k为常数_222⑶f_（A-L）4AVt⑷V。二tV1+at10.用量程为125mm的游标卡尺测量一钢珠直径 10次，已知仪器最小分度值为0 .02mm,仪器的最大允差△仪=0.02mm,测量数据如下：次数12345678910d(mm)3.323.343.363.303.343.383.303.323.343.36求测量列的平均值、标准差6、测量列的A、E类及合成标准不确定度。11•用伸长法测量杨氏模量的实验数据， 改变砝码质量m测钢丝伸长量N二Xi-x。,m和N数据如下表:次数12345678m(kg)0.0001.0002.0003.0004.0005.0006.0007.000N(cm)0.001.112.213.254.255.206.157.31试用逐差法、作图法和计算机直线拟合法求出斜率 k，并分析其不确定度。12•历年来真空中光速的测量结果如下，求其权之比及其不确定度的表示式。年代工作者方法结果（千米/秒）不确定度（千米/秒）1907Rosa,DorseyEsu/emu299784151928Karolus克尔盒299786151947Essen谐振腔29979241949Aslakson雷达299792.42.41951Bergstant光电测距仪299793.10.261954Froome微波干涉仪299792.750.31964Rank等带光谱299792.80.41972Bay等稳频He-Ne激光器299792.4620.0181973平差299792.45800.00121974Blaney稳频CO2激光器299792.45900.00061976Woods299792.45880.00021980Baird 稳频He-Ne激光器299792.45810.00191983国际协议299792.458(精确值)13.用四种仪器测量一薄板的厚度所得数据如下，求其权之比及其不确定度的表示式。螺旋测微计测得测量显微镜测得球径计测得光杠镜测得d1=(1.4030±0.0004)cmd2=(1.4064±0.0003)cmd3=(1.4014±0.0002)cmd4=(1.405±0.003)cm° ** **,,14.测定某角度a共两次，得其值为a1±ri=2413'36.0±3.1及a2±「2=24°13'24.0'土13.8，,求其权之比及其不确定度的表示式。15•甲乙两人用某一测角器来量度某一晶体的面角，测得结果如下，试求二人所得结果中的权的比及其不确定度的表示式。。甲乙24°23'40，24°23'3024°23'45，24°23'4024°23'30，24°23'5024°23'35，24°23'6024°23'36，24°23'20第二章基本实验习题与思考题一、长度和固体密度的测量思考题天平的使用规则中，哪些规定是为了保护刀口。用米尺、20分尺游标卡尺和螺旋测微计分别单次测量同一金属板的厚度， 若测量值都是4mm那么这三个测量值分别应如何记录才是正确？螺旋测微装置，其测微螺杆的螺距为 0.5mm,微分筒周界刻有100等分格，试问该装置的分度值为多少？二、 伸长法测定杨氏弹性模量思考题1•本实验中，为什么测量不同的长度要用不同的仪器进行？它们的最大允差各是多少？2•根据实验不确定度几何合成方法，写出杨氏模量 E的相对不确定度的表达式，并指出哪一个测量影响最大。3•本实验所用的逐差法处理数据，体现了逐差法的哪些优点？若采用相邻两项相减，然后求其平均值，有何缺点？2D 2D4•若将一一作为光杠杆的“放大倍率”，试根据你所得的数值计算一一的值，你能想出几种b b改变“放大倍率”的方法来吗？5•光杠杆法有何特点？你能应用光杠杆法设计一个测定引力常量 G的物理实验吗？三、 弦线上波的传播思考题安装设备时，若图3—3—1中A、B及P三点不在同一直线上，对实验结果有何影响？它使弦线受到的实际张力较mg大或小？测定波长时应当测一个驻波的长度或几个驻波的长度？为什么?

3•试分析固定张力法测音叉频率的不确定度来源？四、 气垫弹簧振子的简谐振动思考题在测量周期时，挡光片的宽度对测量结果有无影响？为什么？其影响大小如何？弹簧的实际质量必须远小于滑块质量，为什么？五、 声速的测定思考题1•本实验处理数据时，用逐差法求波长、试说明有什么优点，其物理意义是什么？2•如果信号发生器的频率未调整到谐振状态，对测量结果会不会影响？为什么？是否可以用此方法测定超声波在其他媒质（如液体和固体）中的传播速度？六、 电热当量的测定思考题1•试用不确定度传递公式计算本实验的相对确定度 Uj，指出哪一个量对测量结果的影响J切断电源后，水温还会上升少许，然后才开始下降，记录 T2、t,及用作图法求Tf时，应如何处理方为正确？为什么要限制加热的温升速率？过大或过小的温升速率对实验结果有什么影响？根据牛顿冷却定律，你能否提出与本实验讲义不同的修正方法？七、 测量冰的溶解热思考题为什么冰和水的质量要有一定的比例？如果冰投入太多， 会产生什么后果？溶化后的水温有什么限制？为什么实验的温度降落过程要从高于室温变到低于室温？如果整个实验过程中温度变化都低于室温，则后果如何？八、 电阻元件伏安特性的测定思考题使用各种电表应注意哪些主要问题？根据电表的准确度级别，如何确定测量结果的有效数字的位数？测量元件的伏安特性曲线有何意义？用伏安法测电阻实验中，如何减小、消除电表的接入误差？非线性元件的电阻能否用万用表来测定？为什么？由实验所得的特性曲线，说明静态电阻和动态电阻特性的区别？九、 电表的扩程与校准思考题若将本实验改装的10mA电流表误作直流电压表去测100V电压，这时通过表头的电流为多少？会发生什么后果（不允许试验）?何谓电压灵敏度？电压灵敏度的高低对测量有何影响？本实验设计的电压表其灵敏度为多少？-CD3.—个满标电流为Ig，内阻为Rg的表头，欲改为右图所示的等效电流量程为 Ig，等效-CD阻为Rg，求只!及R2各为多少？绘制校正曲线有何实际意义？十、惠斯登电桥思考题以下哪些因素会使电桥的测量误差加大？电源电压大幅度下降;电源电压稍有波动；检流计灵敏度不够高；检流计零点没有调准；在测量低电阻时，导线电阻不可忽略。2•在电桥实验操作中，应注意哪些问题？总结使电桥较快达到平衡的方法。十一、用双电桥测低电阻思考题R R1双电桥电路中式 A=B是否一定要满足？为什么？R1 R22•测量金属棒电阻率时，其有效长度 L应该是哪两个点间的距离？3•如果发现电桥的灵敏度不够高，原则上可采取哪些措施 ？这些措施受什么限制？十二、应用霍尔效应测量磁场思考题1、若把霍尔片的法线方向与磁场 B的方向不一致，将如何影响霍尔电压测量结果？2、 如何测量霍尔元件的灵敏度？3、如何利用霍尔元件测量电磁铁芯的相对磁导率 卩?4、若磁感应强度B和霍尔元件lb平面不完全正交，按式（3-12-4）算出的磁感应强度B比实际值大还是小？ 如果霍尔元件在空间可自由转动，怎样判断 B与元件的方向是一致的？要准确测定磁场，实验应怎样进行？5、 用霍尔元件也可以测量交变磁场，在图（ 3-12-3）将Im电流源换成低压交流电源，那么，为了测量磁极间隙中的交变磁场，图中的装置和线路应作那些改变？十三、示波器的使用思考题示波器正常，但开机后荧光屏上看不到亮点•问这是由于哪个旋钮调节不当造成？用示波器观察波形，在荧光屏上出现下面两种情况，该调哪些有关旋钮才能观察到波形；（1） 当屏上呈现一条垂直的亮线时；（2） 当屏上呈现一条水平亮线时；3•示波器观察到正弦波图形不断往右“跑”，问锯齿波扫描频率偏高还是偏低？观察李沙育图形，能否调示波器上的扫描和整步旋钮使图形变化缓慢？十四、RLC串联谐振特性的研究思考题•对本实验电路，当电源频率处于低频段（相对于 f0）时，哪个元件上的电压值与电源电压接近？频率处于高频段时又如何？•在谐振频率处，频率处的输出电压是最大还是最小？为什么？3•在实际测量中，谐振时电阻器 R0两端电压URm小于电源两端电压U的原因是什么？4・如何应用“谐振法”测量电容或电感？十五、分光计调节及三棱镜折射率的测量思考题1、调节望远镜时，若找不到平面镜反射回来的绿色亮十字，估计有哪些原因。2、 调整望远镜光轴垂直仪器转轴时，若观察到的现象是：平面镜A面反射的绿色十字像在上十字叉丝下方2mm处，而平面镜转过1800后至B面，绿色十字像在上十字叉丝下方10mm处。问：望远镜是否垂直仪器转轴？平面镜是否平行仪器转轴？若两者均不满足，何者偏离较大？如何调节能较迅速使得平面镜转过180°的前后两次反射的绿色十字像都和上十字叉丝重合？3、分光计调节符合要求后，放上三棱镜后，位什么还要进行两个光学面( AB面及AC面)与望远镜光轴相垂直的调节？位什么这时候不能采用渐近法进行调节？4、 用棱脊分束法测三棱镜顶角时，为什么必须把三棱镜顶角A置于载物台的中心附近？试作图说明？十六、用牛顿环测定透镜的曲率半径思考题1．你所观察到的全部牛顿圈是否都在同一平面上？为什么？你能否利用本实验设备，从实验中检验你的回答正确与否？2．为什么测量过程中，显微镜的刻度鼓轮只能单方向移动？3．测量时，为什么叉丝的交点应对准暗条纹的中心？5．若用白光代替单色光照射，则所观察的牛顿环将变成怎样十七、迈克耳逊干涉仪思考题1．为什么在迈克耳逊干涉仪调节的过程中，会出现干涉条纹从直条纹 弧形条纹同心圆环条纹的变化现象？2．调节迈克逊干涉仪M1和M2镜倾斜状态时，为什么会出现几个反射象？应如何调节？2．如何确定两光束等光程时M1的位置？十八、光速的测量思考题通过实验观察，你认为波长测量的主要误差来源是什么？为提高测量精度需做哪些改进？本实验所测定的是100MHZ调制波的波长和频率，能否把实验装置改成直接发射频率为100MHZ的无线电波并对它的波长进行绝对测量。为什么？如何将光速仪改成测距仪？十九、夫朗克——赫芝实验思考题1．灯丝电压的改变对夫朗克—赫芝实验有何影响？2．拒斥电压和第一栅极电压的改变对夫朗克—赫芝实验有何影响？3．你从夫朗克—赫芝实验的构想和设计中受到什么启迪？4．你对利用最小二乘法处理夫兰克-赫兹实验数据有什么联想？对于使用最小二乘法有什么体会？二十、光电效应与普朗克常数的精确测定实验思考题1．关于光电效应有下