大学物理实验报告思考题部分答案周岚.docx

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1、试验十三拉伸法测金属丝的扬氏弹性摸量【预习题】1. 如何依据几何光学的原理来调整望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关 系？如何调整望远镜？答：1依据光的反射定律分两步调整望远镜、光杠杆和标尺之间 的位置关系。第一步：调整来自标尺的入射光线和经光杠杆镜面的反射 光线所构成的平面大致水平。具体做法如下：用目测法调整望远镜和 光杠杆大致等高。用目测法调整望远镜下的凹凸调整螺钉，使望远镜 大致水平；调整光杠杆镜面的仰俯使光杠杆镜面大致铅直；调整标尺的 位置，使其大致铅直；调整望远镜上方的瞄准系统使望远镜的光轴垂直 光杠杆镜面。其次步：调整入射角来自标尺的入射光线与光杠杆镜面 法线间的夹角和反射角经光杠杆镜

2、面反射进入望远镜的反射光与光 杠杆镜面法线间的夹角大致相等。具体做法如下：沿望远镜筒方向观 察光杠杆镜面，在镜面中假设看到标尺的像和观看者的眼睛，则入射角与 反射角大致相等。假设看不到标尺的像和观看者的眼睛，可微调望远镜 标尺组的左右位置，使来自标尺的入射光线经光杠杆镜面反射后，其反 射光线能射入望远镜内。2望远镜的调整：首先调整目镜看清十字叉丝，然后物镜对标尺的 像光杠杆面镜后面 2D 处调焦，直至在目镜中看到标尺清楚的像。2. 在砝码盘上加载时为什么承受正反向测量取平均值的方法？ 答：由于金属丝弹性形变有滞后效应，从而带来系统误差。【思考题】1. 光杠杆有什么优点？怎样提高光杠杆测量微小长

3、度变化的灵敏度？ 答：1直观、简便、精度高。2由于丄丄，即空，所以要提高光杠杆测量微小长度b 2DLb变化的灵敏度 寸，应尽可能减小光杠杆长度 b光杠杆后支点到两个前 支点连线的垂直距离，或适当增大 D 光杠杆小镜子到标尺的距离为 D。2. 假照试验中操作无误，得到的数据前一两个偏大，这可能是什么缘由， 如何避开？答：可能是由于金属丝有弯曲。避开的方法是先加一两个发码将金 属丝的弯曲拉直。3. 如何避开测量过程中标尺读数超出望远镜范围？答：开头试验时，应调整标尺的凹凸，使标尺的下端大致与望远镜 光轴等高， 这样未加砝码时从望远镜当中看到的标尺读数接近标尺的下 端，渐渐加砝码的过程中看到标尺读数

4、向上端变化。这样就避开了测量过程中标尺读数超出望远镜范围。试验十四冰的熔解热的测定【思考题】1. 设计一试验，通过试验的方法测定量热器的水当量。答：用混合法，将质量分别为 m 、m ，温度分别为 t 、t的两份水放 入量热器里混合，i212ii2?oo热平衡方程式 c(m W w)(t T) cm ( T t )，式中 W 沁为量热器的水 当量(m 、 C 分别为量热器的质量和材料的比热C容)，w 为温度计的水当量，C 为水的比热容，测出各温度和质量即可求 出 W 。2. 为了减小试验误差，操作时应留意哪些问题？答：(1)在测量量热器质量时留意使量热器枯燥。(2) 参加热水的温度不超过室温 1

5、0C ，水量为量热器的五分之【预习题】(3) 加冰前读出热水的温度(4) 冰块大小适宜，应当是熔化的冰，但外表用纸吸干水。(5) 加冰后搅动冰块，认真观看混合后混度的变化，读出最低 温度。试验十五牛顿环和劈尖干预1 .何为等厚干预？答：对分振幅薄膜干预，当入射角肯定、入射光波波长肯定，光程差 仅是膜厚 e 的函数，干预条纹是厚度一样点的轨迹时， 这样的干预为等厚 干预。2. 如何正确调整读数显微镜？在测量中怎样避开空程误差？答：先将显微镜降到靠近牛顿环装置四周 ，然后渐渐而又留神地自下 而上调整镜筒，直至看到清楚的牛顿环为止。在测量中为了避开空程误 差，应作到两点：先转动测微鼓轮向右侧(或向左

6、侧)移动,将显微镜的 十字叉丝超过第 35 条暗纹(到 40 条), 然后再退到 35 条暗纹,进展测量； 测量中读数显微镜只向一方向移动，中途不行倒退。3. 测量牛顿环直径时要留意哪些问题 ？答：应留意两点： 在测量中，测微鼓轮只能向一个方向旋转，否 则会产生空程误差.测量牛顿环直径时，留意左右两侧环纹不要数错 且十字叉丝纵丝对准暗纹中心，防止工作台震惊。【思考题】1. 假设把牛顿环倒过来放置，干预图形是否变化？ 答：不变。2 .在测量牛顿环直径时，假设实际测量的是弦，而不是牛顿环直径，对结果有何影响 ?答：没有影响。 3试验中如何使十字叉丝的水平丝与镜筒移动方向平行 ?假设与镜筒移动方向不

7、平行 , 对测量有何影响 ?答：测量过程中如何竖叉丝始终与干预圆环相切则十字的水平丝与 镜筒移动方向平行，假设不是，则须调整目镜叉丝的方位。假设与镜筒移动 方向不平行 , 干预圆环直径的测量将产生误差。 4牛顿环和劈尖干预条纹有何一样和不同之处 ? 为什么 ? 答：牛顿环和劈尖干预条纹有何一样为都是等厚干预。不同之处为 牛顿环的干预条纹为明暗相间的同心圆，相邻条纹间距不等；劈尖的干 涉条纹为明暗相间的直条纹，且相邻条纹间距相等。由于牛顿环和劈尖 干预条纹都是厚度一样点的轨迹，牛顿环厚度一样点的轨迹是圆，劈尖 厚度一样点的轨迹是直线。5用什么方法来鉴别待测光学面为平面、球面和柱面 ? 球面是凸球

8、面还 是凹球面 ? 如何鉴别 ?答：将一平晶置于待测光学面上，当 1待测光学面为平面时，干 涉条纹为明暗相间的直条纹，且相邻条纹间距相等； 2待测光学面为 球面时，干预条纹为明暗相间的同心圆； 3待测光学面为柱面时，干 涉条纹为明暗相间的直条纹， 条纹对称于平面和柱面的交线，相邻条纹 间距不等。4当轻按球面，干预圆环向外扩张时球面是凸球面；干预 圆环向内收缩时球面是凹球面。试验十六 示波器的使用预习题】1. 示波器为什么能把看不见的变化电压显示成看得见的图象？简述其 原理。答：1示波管内高速电子束使荧光屏上产生光亮点，而电子束的 偏转角度光点在荧光屏上的位移是受 X 轴和 Y 轴偏转板上所加电

9、压的掌握。（2） 假设只在 X 轴偏转板上加一个锯齿波电压该电压随时间从 -U 按肯定比例增大到+U,则光点就会从荧光屏左端水平地移动到右端称为扫描，由于荧光屏上的发光物质的特性使光迹有肯定保存时间， 因而在屏幕水平方向形成一条亮迹称为扫描线 。（3） 假设只在 Y 轴偏转板上加信号电压，则随着信号幅度的变化 光点就会在荧光屏竖直方向作上下移动形成一条竖直亮迹。（4） 如在 Y 轴偏转板加上电压信号，同时又在 X 轴偏转板加上锯 齿波扫描电压，则电子束受到水平和竖直电场的共同作用，光点的轨迹 呈现二维图形光点在 X 方向均匀地从左向右水平移动的同时又在 Y 方向 随信号幅度的变化在竖直方向作上

10、下移动，马上 Y 轴偏转板上电压信号幅度随时间变化的规律在屏幕上开放成为函数曲线即信号波形。T（5） 要得到清楚稳定的信号波形，扫描电压的周期与信号电 压的周xTT期 必需满足yxnT ，以保证的起点始终与电压信号固定的一 点相对应称同Txy步，屏幕上的波形才能稳定。（6） 为了得到可观看的图形，锯齿波扫描电压必需重复扫描.2. 观看波形的几个重要步骤是什么？答：1开启发波器电源开关后，将耦合开关置“丄”，调整辉度、 聚焦以及垂直、水平位移旋钮使屏幕中部消灭亮度适中细小的亮点。（2） 观看、测量时将耦合开关置“ AC”或“ DC,触发选择开 关置“ INT”将信号用同轴电缆线连接到 Y 轴输入

11、端。（3） 调整 Y 轴灵敏度选择开关和 X 轴扫描选择开关以及触发电平 旋钮， 使信号幅度在屏幕范围内屏幕竖直标尺的 2/3 左右，且有 25 个完整稳定的波形。（4） 定量测量时还应留意将扫描微调旋钮和 Y 轴微调旋钮置于 校准位置顺时针旋转至最大。3 .怎样用李萨如图形来测待测信号的频率 ？答：1.将示波器功能置于外接状态触发选择开关置“EXT”，触发信号极性开关置“ X”。将信号发生器的正弦波信号用同轴电缆线连 接到 X 轴输入端，待测频率的信号用同轴电缆线连接到 Y 轴输入端，分别 调整信号发生器幅度旋钮和 Y 轴灵敏度选择开关，使亮迹形成的图形在 屏幕范围内。2. 调整信号发生器输

12、出信号的频率，使合成的李萨如图形为稳定的“O”形，从信号发生器上读出输出信号的的频率值 Fx1,依据合 成李萨如图形的两个信号频率比与图形切点数的关系Fx: Fy =N : N ,YXi求出 Fy。3. 再转变信号发生器输出信号的频率，使合成的图形为“乂”、 “ 8 ”“000” 等，N : N 分别为 “1: 2”、“2: 1” “ 1: 3” 等，相应Y地读出信号发生器输出信号的频率为 F 、F、F等，求出 F、 F 、 Fx2X3X4YYY234等，算出的 F 的平均值即为待测信号的频率。Y【思考题】1. 在示波器的荧光屏上得到一李萨如图形， Y 轴、X 轴与图形相交时交点 数之比叫 4

13、， f100Hz，求 f 。N3xyyff答： 叫Nyx电 100 133Hz。3y2. 为什么在共振状态下测声速？如何推断系统是否处于共振状态？答：本试验中将电信号转换为超声波信号的器件是压电陶瓷换能器，该换能器有一最正确响应的频率，当电信号频率等于该响应的频率时，压 电陶瓷片产生共振，输出信号最大，便于测量。示波器屏幕上的信号幅 度为最大值时，系统处于共振状态。试验十七 分光计的使用用光栅测波长【预习题】1. 分光计主要由几局部组成？各自作用是什么？答：1分光计主要由底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘五 个局部组成。2底座上承载着其它四个局部，其中载物台、望远镜和 刻度盘都可绕底座上的

14、主轴转动；平行光管用来产生平行光；载物台用 来放置被测样品；望远镜用来接收平行光；刻度盘与游标盘协作用来读 取数据。2. 分光计调整要求是什么？答：分光计的调整要到达三个要求：1望远镜能接收平行光。2平行光管能发出平行光。3望远镜的光轴和平行光管的光轴与仪器的主轴垂直。载物台与仪器的主轴垂直。3. 用光栅测波长时，光栅应如何放置？为什么？答：用光栅测波长时按图 17-7 放置光栅。由于这样放 置可便利调整。当调整平行光垂直照耀光栅外表时即光 栅平面与平行光管轴线垂直，只须调整螺钉 I 和调 节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行II时，只须调整螺钉皿。【思考题】1. 为什么要用各半调整法调整望远镜的主

15、轴垂直于仪器的 主轴？罔 17-T光刪放置图答：综合考虑调整载物台调平螺钉 I 或 H 与调整望远镜水平度调整 螺钉对正反两面亮十字反射像与分划板上方的水平刻线间高度差的相互 影响，从而加快调整速度。2. 当狭缝过宽或过窄时，将会消灭什么现象？为什么？答：当狭缝过宽时，衍射条纹将变粗，相互靠近的条纹无法分开， 在测量时难以确定条纹的中心位置。当狭缝过窄时，将看不见衍射条纹，因而无法测量。3. 用公式 dsin k 测光波波长应保证什么条件？试验中如何检查条件 是否满足？答：用公式 dsin k 测光波波长应保证：平行光垂直照耀在光栅上。 试验中通过检查 0 级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检

16、查条件是否 满足。0 级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用中叉丝的水平叉丝平分 光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝上叉丝重合。试验十九光具组基点的测定【预习题】1 .主点或面、节点或面的含义是什么？它们在什么条件下重合 在一起？答：主点是横向放大率1 的一对共轭点。假设将物体垂直于系统的光轴放置在第一主点 H 处，则必成一个与物体同样大小的正立像于其次 主面 H 处。过主点垂直于光轴的平面，分别称为第一、其次主面如图 中 MH、M H 所示。第一、其次主面主面是一对横向放大率1 的共轭面。节点是角放大率1 的一对共轭点。如下图：入射光线或N 的入 射光线平行。过节点垂直于光轴的平面分别称 为第一、其

17、次节面。当共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。其延长线通过第一节点 N 时，出射光线或 其延长线必通过其次节点 N ,并与过2. 试验中确定节点的依据是什么？如何确定？答：入射光线通过第一节点 N 时，出射光线必通过其次节点 N，并 与过 N 的入射光线平行。试验时不断转变光具组在上层导轨上的位置并 使上层导轨饶回转轴转动， 当屏上则像点位置不动时，光具组的其次节 点N 恰好在回转轴。点的位置上。3. 如何调共轴，在试验中调共轴有什么必要性？答：用两次成像法调整共轴。试验中调共轴可减小测量误差。【思考题】1. 当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此季节点是在转轴 的哪一

18、方？ 反之如何？试绘图说明。答：当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此季节点在转轴 的左侧图1;反之在转轴的右侧图 2。图 1图 22. 第一主面靠近第一透镜，其次主点靠近其次透镜，在什么条件下才是 对的？光具组由二薄透镜组成答：当 H T0 即 d f1 f2 时，第一主面靠近第一透镜，其次主点靠 近其次透镜。3. 由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？距离 d 可 自己设定 答：依据自己选定的 d，计算主点及焦点的大小，假设焦点在光具组外， 测量方法同试验所介绍方法一样。假设焦点在光具组内，则需增加一凸透 镜，使光具组内焦点的像经凸透镜后成像在屏上，再转变光具组在上层

19、导轨上的位置并使上层导轨饶回转轴转动， 当屏上的像点不动时，转轴。点的位置即节点位置，焦点的位置可依据凸透镜的焦距和所测像距算出 试验二十棱镜玻璃折射率的测定【预习题】1. 为什么汞灯光源发出的光经过三棱镜以后会形成光谱？答：当复合光入射三棱镜以后，由于棱镜的色散作用，不同波长的 光将被分散开来。汞灯光源是复合光源，所以它发出的光经过三棱镜以 后就会形成光谱。2. 怎样用反射法测定棱镜的顶角？答：反射法测定棱镜的顶角即教材中所介绍的自准 直法。具体方法如下： 将待测棱镜置于分光计的载物台上。固定望远镜，点亮 小灯照亮目镜中的 叉丝，旋转棱镜台，使棱镜的一个折射面对准望远镜， 用自准直法调整望

20、远镜的光轴与此折射面严格垂直， 即使十字叉丝的反射 像和调整叉丝完全重合。如图 20-5 所示，记录刻度盘上两游标读数 八;再2转动游标盘联带 载物平台，依同样方法使望远镜光轴垂直于棱镜其次个折射面，记录相 应的2游标读数 Vl， v ；同一游标两次读数之差等于棱镜角 A 的补角：12V”2 V2Vl Vl即棱镜角 A 180，重复测量几次，计算棱镜角 A 的平均值和标准不确定度。3. 何为最小偏向角？试验中如何确定最小偏向角？图 20-5 自准直法答：当入射光线与折射光线左右对称时，即当 i i , 时，光线 的偏向角 最小，此角称为最小偏向角，以m 表示。试验中将三棱镜放置在调好的分光计载

21、物台上，放置时留意将棱镜一底角对准平行光管， 眼睛从另一底角方向找到经棱镜折射后形成的谱线。然后渐渐转动棱镜 台，缓慢转变入射角 i1,谱线会向一方向移动。当棱镜台转到某一位置， 该谱线不再移动，这时无论棱镜台向何方向转动，该谱线匀向相反方向 移动，这个谱线反向移动的极限位置就是棱镜对该谱线最小偏向角的位 置。【思考题】1.在用棱脊分束法测三棱镜的顶角时，为什么三棱镜放在载物台上的位 置，要使得三棱镜的顶角离平行光管远一些，而不能太靠近平行光管呢？试画出光路图，分析其缘由。答：用棱脊分束法测三棱镜的顶角时假设三棱镜太靠近平行光管，反射光将不能进入望远镜，在目镜中将不能看到平行光管狭缝的的像。其光 路图如下： 2设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案。 答：具体方法请学生自行设计。