物理实验报告及思考答案东北石油大学.docx

1. 是否可以测摇摆一次的时间作周期值？为什么？试验一  用三线摆测物体的转动惯量     答：不行以。因为一次测量随机误差较大，多次测量可削减随机误差。2. 将一半径小于下圆盘半径的圆盘，放在下圆盘上，并使中心一样，探讨此时三线摆的周期与空载时的周期相比是增大, 减小还是不愿定？说明理由。   答：当两个圆盘的质量为匀整分布时，与空载时比较，摇摆周期将会减小。因为此时若把两盘看成为一个半径等于原下盘的圆盘时，其转动惯量I0小于质量与此相等的同直径的圆盘，依据公式(3-1-5)，摇摆周期T0将会减小。3. 三线摆在摇摆中受空气阻尼，振幅越来越小，它的周期是否会变更？对测量结果影响大吗？为什么？答：周期减小，对测量结果影响不大，因为本试验测量的时间比较短。试验二  金属丝弹性模量的测量 1. 光杠杆有什么优点，怎样提高光杠杆测量的灵敏度    答：优点是：可以测量微小长度变更量。提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离b，可以提高灵敏度，因为光杠杆的放大倍数为2D/b。  2. 何谓视差，怎样推断与消退视差    答：眼睛对着目镜上, 下移动，若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移，这种现象叫视差，细调调焦手轮可消退视差。  3. 为什么要用逐差法处理试验数据      答：逐差法是试验数据处理的一种基本方法，实质就是充分利用试验所得的数据，削减随机误差，具有对数据取平均的效果。因为对有些试验数据，若简洁的取各次测量的平均值，中间各测量值将全部消掉，只剩始末两个读数，实际等于单次测量。为了保持多次测量的优越性，一般对这种自变量等间隔变更的状况，常把数据分成两组，两组逐次求差再算这个差的平均值。 试验三   随机误差的统计规律试验三   随机误差的统计规律     1. 什么是统计直方图 什么是正态分布曲线两者有何关系与区分    答：对某一物理量在相同条件下做n次重复测量，得到一系列测量值，找出它的最大值与最小值，然后确定一个区间，使其包含全部测量数据，将区间分成若干小区间，统计测量结果出现在各小区间的频数M，以测量数据为横坐标，以频数M为纵坐标，划出各小区间及其对应的频数高度，则可得到一个矩形图，即统计直方图。假如测量次数愈多，区间愈分愈小，则统计直方图将慢慢接近一条光滑的曲线，当n趋向于无穷大时的分布称为正态分布，分布曲线为正态分布曲线。  2. 假如所测得的一组数据，其离散程度比表中数据大，也就是即S(x)比较大，则所得到的周期平均值是否也会差异很大    答：（不会有很大差距，依据随机误差的统计规律的特点规律，我们知道当测量次数比较大时，对测量数据取与求平均，正负误差几乎相互抵消，各误差的代数与趋于零。试验四  电热法测热功当量试验四  电热法测热功当量     1. 该试验所必需的试验条件与接受的试验基本方法各是什么系统误差的来源可能有哪些    答：试验条件是系统与外界没有较大的热交换，并且系统（即水）应尽可能处于准静态变更过程。试验方法是电热法。系统误差的最主要来源是系统的热量散失，而终温修正往往不能完全弥补热量散失对测量的影响。其他来源可能有水的温度不匀整，用局部温度代替整体温度。水的温度与环境温度差异较大，从而给终温的修正带来误差。温度，质量及电功率等物理量的测量误差。    2. 试定性说明试验中发生以下状况时，试验结果是偏大还是偏小     (1) 搅拌时水被溅出；    答：试验结果将会偏小。 水被溅出，即水的质量削减，在计算热功当量时，还以称横水的质量计算，即认为水的质量不变，但是由于水的质量削减，对水加热时，以同样的电功加热，系统上升的温度要比水没有上升时的温度要高，即水没溅出在同样电功加热时，应上升T度，而水溅出后上升的温度应是T+T度。用，有Q =（cimiT），分母变大J变小。     (2) 搅拌不匀整 ；    答：J 偏大, 偏小由温度计插入的位置与电阻丝之间的距离而定。离电阻丝较远时，系统温度示数比，匀均系统温度低，设T为匀整系统温度，温度计示值应为T-T，用J=A/计算，分母变小，则J变大；离电阻丝较近时，温度计示值应为T+T，分母变大，因而J变小。     (3) 室温测得偏高或偏低。    答：设0为室温，若测得值偏高时，测量得到的温度值为0+；偏低时，测量温度值为0-，在计算温度亏损时，dTi=k(Ti-)，k是与是室温无关的量(k与室温有关)，只与降温初温与降温终温以及降温时间有关，测得室温偏高时，dTi=kTi- (0+)，每秒内的温度亏损dTi小于实际值，t秒末的温度亏损Ti=kTi- (0+)。此值小于实际值，由于散热造成的温度亏损Ti=Tf+ Tf，修正后的温度Tf为：Tf= Tf-Ti，Ti为负值，当测量值低于实际室温时，Ti的确定值变小：Tf=Tf+Ti，即Tf变小，T变小（其中TTf- Tf初，Tf初：升温初始值），J 变大，反之J变小。试验五   液体粘度系数的测定试验五   液体粘度系数的测定     1. 用误差理论分析本试验产生误差（测量不确定度）的主要缘由。怎样减小它的测量误差    答：   主要有小球半径测量不确定度u(d), 小球下落距离测量不确定度u(L)与小球下落时间测量不确定度u(t)等。u(d)有两种缘由：是小球直径不匀整,因此应求平均半径；是仪器误差。u(L)有两种缘由：用钢板尺测L所带来的误差；按计数器时，因小球刚好没有对齐标示线而产生的误差。u(t)按计数器时所产生的误差。分析结果可见，小球直径的误差对测量结果影响最大，所以小球不能太小，其次量筒应适当加长，以增加落球时间，从而削减时间测量的误差。    2. 量筒的上刻痕线是否可在液面位置为什么    答：不能。因为起先小球是加速运动，只有当小球所受的重力, 浮力, 粘滞力三力平衡后，小球做匀速运动时，才可以计时，所以不能从液面起先。    3. 为什么小球要沿量筒轴线下落    答：圆形玻璃量筒的筒壁对小球运动产生严峻影响，只能在轴线上运动，才能使筒壁横向的作用力合力为零。试验七  电表的改装与校正(1) 校正电流表时，假如发觉改装的毫安表读数总是高于标准表的读数，分流电阻应调大还是调小为什么答：应调小。让电路中标准表读数不变，即保持回路电流不变，分流电阻值减小后将会分得更多的电流，从而使流过被改装表表头的电流减小，改装表的读数也减小。(2) 校正电压表时，假如发觉改装的电压表读数总是低于标准表的读数，分压电阻应调大还是调小为什么答：应调小。让电路中标准表读数不变，即加在改装电表上电压值不变。调小电阻，改装表的总电阻降低，流过改装毫安表的电流增大，从而读数也增加。(3) 试证明用欧姆表测电阻时，假如表头指针正好指在表盘标度尺的中心，则这时的欧姆表指示值为什么正好等于该欧姆表的内阻值。答：设表头指针满刻度电流为Ig, 表头指针指表盘中心时电路中电流为I，依据题意，当表内阻为Rg, 待测电阻为Rx时，；依据欧姆表工作原理，当待测电阻Rx0时，。即，因而可得RxRg。所以，欧姆表显示测读数即为该欧姆表的内阻。试验八  示波器的原理与运用    1. 模拟示波器为何能显示高速变更的电信号轨迹？    答：在模拟示波器垂直偏转板上加的是被观测信号电压，而在水平偏转板上加的是锯齿波（时间线性变更）信号电压，所以示波器的示波管的横轴相当于直角坐标的时间轴，经过一个锯齿波信号周期，电子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的波形的一段轨迹。当锯齿波信号的周期大于或等于周期性观测信号的周期且与其相位锁定时（同步），电子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的波形的同一段轨迹，由于人眼的视觉暂留与荧光屏的余辉，便可以观测到信号的波形。(2) 在本试验中，视察李萨如图形时，为什么得不到长时间稳定的图形？    答：因为CH1与CH2输入的是两个完全不相关的信号，它们的位相差难以保持恒定，所以得不到长时间的稳定波形。(3) 假定在示波器的Y轴输入一个正弦信号，所用的水平扫描频率为120Hz，在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形，那么输入信号的频率是什么？这是否是测量信号频率的好方法？为何？答：输入信号的频率是360Hz。这种方法不是测量信号频率的好方法，因为用此方法测量的频率精确度低。(4) 示波器的扫描频率远大于或远小于输入正弦信号的频率时，屏上的图形是什么状况？    答：扫描频率远小于输入正弦信号频率时，出现图形是密集正弦波；扫描频率远大于输入正弦信号频率时，当扫描信号不能被触发信号同步时，一个周期的信号波形将会被分解成数段，显示的图形将会变成网状交叉线 ；当扫描信号可以被触发信号同步时，显示的图形将会变成一条弧线或斜线，扫描频率更高时将近似为直线。试验九  用惠斯通电桥测电阻    1. 电桥由哪几部分组成 电桥的平衡条件是什么    答：由电源, 开关, 检流计桥臂电阻组成。        平衡条件是Rx=(R1/R2)R3  2.若待测电阻Rx的一 个头没接(或断头)，电桥是否能调平衡为什么    答：不能，Rx没接（或断头），电路将变为右图所示，A, C及C, D间总有电流，所以电桥不能调平。     3. 下列因素是否会使电桥误差增大为什么     (1) 电源电压不太稳定；     (2) 检流计没有调好零点；     (3) 检流计分度值大 ；     (4) 电源电压太低；     (5) 导线电阻不能完全忽视。    答：（1）由于电桥调平以后与电源电压无关，则电源电压不太稳定基本不会使电桥误差增大。        （2）若检流计没有调好零点，当其指针指零时检流计中电流不为零，即电桥没有达到平衡正态，此时的测量读数中将会含有较大误差甚至会出现错误读数；        （3）检流计分度值大时会使电桥误差增大，因电桥的灵敏度与分度值成反比；        （4）电源电压太低会使电桥误差增大，因电桥的灵敏度与电源电压成正比；        （5）对高电阻不会，当被测电阻的阻值很高时导线电阻可以忽视。  4. 为了能更好地测准电阻 ，在自组电桥时，假如要测一个约1.2k的电阻，应当考虑哪些因素这些因素如何选取    答：应考虑电源电压，比例臂的电阻值，检流计的分度值。电源电压取6V，R1，R2取1000，检流计取1.5级µA表。试验十  用电位差计测量电动势    1. 按图3-10-4联好电路做试验时，有时不管如何调动a头与b头，检流计G的指针总指零，或总不指零，两种状况的可能缘由各有哪些    答：总指零的缘由：测量回路断路。总不指零的缘由： E与Ex极性不对顶； 工作回路断路； RAB上的全部电压降小于ES，Ex二者中小的一个。    2. 用电位差计可以测定电池的内阻，其电路如图3106所示，假定工作电池EEx，测试过程中Rc调好后不再变动，Rx是个精确度很高的电阻箱。R是一根匀整的电阻丝。L1, L2分别为Kx断开与接通时电位差计处于补偿状态时电阻丝的长度。试证明电池Ex的内阻r=(L1-L2)/L2Rx(Rx为已知)。证明：设A为R上单位长度的电位差，Vx为K2的端电压，则有：Ex=AL1                                                (1)Vx=AL2                                                (2)而代入（2）式得:Rx/(r+Rx)Ex=AL2                          (3)(1)式除(3)式，整理后得：r =(L1-L2)/L2Rx    3. 用箱式电位差计可以测定电阻或校准电流表。在图3-10-7(a)中，A是待校准电流表，Rx是待测定的电阻，R0是可调的精确度很高的电阻箱，其值可干脆读出，图(b)是UJ37箱式电位差计。怎样才能把Rx测算出来 A表如何校正答：测量电阻Rx 调整可变精密电阻箱R0（作标准电阻用）的阻值，使电流表有适当偏转，如可能，使R0与Rx相接近。 将1点接Ex (+)，2点接Ex (-)，测出Vx(Rx两端的电位差)。 将2点接Ex (+)，3点接Ex (-)，保持电流不变，测出V0(R0两端的电位差)。 因Rx与R0通过的电流相同，故：Rx=(Vx/V0)R0校准电流表 将3点接Ex(-)，2点接Ex(+),调整R0，使电流表A指示第一个校准点。测出R0两端的电位差V1，得第一校准点的电流I1(I1=V1/R0)。 同法测出同一校准点的电流I2, I3, 。         作出校准曲线。    4. 如图3-10-4所示的电位差计，由A到B是11m长的电阻丝，若设a=0.1V/m，11m长的电压降是1.1V，用它测仅几毫伏的温差电动势，误差太大。为了削减误差，接受图3-10-8所示电路。图3-10-8是将11m长的电阻丝AB上串接了两个较大的电阻R1与R2。若AB的总电阻已知为r, 且R1, R2, r上的总电压为1.1V，并设计AB(11m)电阻丝上的a=0.1mV/m，试问R1+R2的电阻值应取多少 若标准电池E0的电动势为1.0186V，则R1可取的最大值与最小值分别为多少(用线电阻r表示)答： 由于电位差计单位长度电阻线的电位差为a，则电阻线AB上的电位差VAB=11a1.1mV，而回路电流应为I =VAB/r。另一方面，由于I(R1+R2+r)=1.1V，所以(VAB/r)(R1+R2+r)= 1.1V即VAB (R1+R2)/r +1= 1.1V所以R1+R2=(1.1/VAB)-1 r =(1.1/0.0011-1)r999r 当R2I = E0 时，R1为最小，即R1= R1min，此时有R1I + E0 + Ir = 1.1。由于I =VAB/r=0.0011/r，所以R1min=(1.1-E0-Ir)/I=73r当R2I+Ir =E0 则R1为最大，即R1= R1max，此时有R1I + E0 = 1.1。所以R1max =(1.1-E0)/I=74r试验十 一   超声波声速的测量    1. 示波器在运用过程中荧光屏上只有一条水平亮线而没有被测信号是什么缘由造成的    答：在示波器的运用过程中，上述现象经常出现，造成这一现象的缘由很多，大致可归纳为：     示波器接地（GND）（测量时接地按键GND应当弹起）； 衰减开关VOLTS/DIV选择过大（测量时可先选择小些）； 信号发生器输出过小或没有输出； 信号发生器输出直流信号； 在信号的传输中，导线或接头接触不良，也可造成该现象； 示波器的相关功能键都应选择在正确工作状态下。    总之，影响的因素很多，要求运用者在运用前确定细致阅读教材。    2. 在测量声速时，Y1(CH1)的输入信号，由于示波器的Y轴放大器, 压电转换器, 联接线路的相移等缘由并不与声波的位相相同，这对于视察测量声波波长有无影响 为什么答：没有影响。因为波长是波在传播过程中位相差为2的两点间的距离，与该处位相无关，所以无影响。  3. 试比较几种测声速方法的优缺点。 答：试验讲义上共列出了三种测量方法：李萨如图相位比较法，共振法，波形相位比较法。    一般说来，李萨如图相位比较法测量的比较准，同时便于对学问的温新与巩固，对于示波器的运用以及学生动手实力与思索问题的培育，不失是一种较好的途径，但操作比较繁；对于共振法，推断相对要困难一些，所以测量误差一般要大一些，但可以直观地了解共振现象；而波形相位比较法比的现象较直观，可操作性强，只是相位判别不如李萨如图相位比较法精确，但只要细致操作，误差也不会太大。试验十 六光的干涉-牛顿环, 劈尖    1. 透射光牛顿环是如何形成的如何视察画出光路示意图。    答：光由牛顿环装置下方射入，在空气层上下两表面对入射光的依次反射，形成干涉条纹，由上向下视察。  2. 在牛顿环试验中，假如平玻璃板上有微小凸起，则凸起处空气薄膜厚度减小，导致等厚干涉条纹发生畸变。试问这时的牛顿环(暗)将局部内凹还是局部外凸为什么    答：将局部外凸，因为同一条纹对应的薄膜厚度相同。  3. 用白光照射时能否看到牛顿环与劈 尖干涉条纹此时的条纹有何特征    答：用白光照射能看到干涉条纹，特征是：彩色的条纹，但条纹数有限。试验十七光栅衍射    1. 当用钠光(波长=589.0nm)垂直入射到1mm内有500条刻痕的平面透射光栅上时，试问最多能看到第几级光谱并请说明理由。    答：由(a+b)sin=k                  得 k=(a+b)/sin     最大为90º                  所以 sin=1   又a+b=1/500mm=2*10-6m，      =589.0nm=589.0*10-9m     k=2*10-6/589.0*10-9=3.4    最多只能看到三级光谱。    2.当狭缝太宽, 太窄时将会出现什么现象为什么    答：狭缝太宽，则辨别本领将下降，如两条黄色光谱线分不开。      狭缝太窄，透光太少，光线太弱，视场太暗不利于测量。  3. 为什么接受左右两个游标读数左右游标在安装位置上有何要求    答：接受左右游标读数是为了消退偏心差，安装时左右应差180º。试验十八双棱镜干涉     1. 测量前仪器调整应达到什么要求怎样才能调整出清晰的干涉条纹    答：共轴，狭逢与棱背平行与测微目镜共轴，并适当调整狭逢的宽度。  2. 本试验如何测得两虚光源的距离d还有其他方法吗    答：d=(d1*d2)1/2或利用波长已知的激光作光源，则 d=(D/x)  3. 狭缝与测微目镜的距离及与双棱镜的距离变更时，条纹的间距与数量有何变更    答：狭缝与测微目镜的距离越近，条纹的间距越窄，数量不变，狭缝与双棱镜的距离越近，条纹间距越宽，数量越小。  4 . 在同一图内画出相距为d虚光源的S1与S2所成的像d1与d2的光路图。    答：用冲击电流计测磁场光电效应迈克尔逊（Michelson）干涉仪激光全息照像微波布拉格衍射第 14 页