大學(xué)物理實驗課后思考題全解

1、大學(xué)物理實驗課后思考題全解實驗一 霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用【預(yù)習(xí)思考題】1列出計算霍爾系數(shù) 、載流子濃度n、電導(dǎo)率及遷移率的計算公式，并注明單位?；魻栂禂?shù) ，載流子濃度 ，電導(dǎo)率 ，遷移率 。2如已知霍爾樣品的工作電流 及磁感應(yīng)強度b的方向，如何判斷樣品的導(dǎo)電類型？以根據(jù)右手螺旋定則，從工作電流 旋到磁感應(yīng)強度b確定的方向為正向，若測得的霍爾電壓 為正，則樣品為p型，反之則為n型。3本實驗為什么要用3個換向開關(guān)？為了在測量時消除一些霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)的影響，需要在測量時改變工作電流 及磁感應(yīng)強度b的方向，因此就需要2個換向開關(guān)；除了測量霍爾電壓 ，還要測量a、c間的電位差 ，這是兩個不同的測量位置，又需

2、要1個換向開關(guān)。總之，一共需要3個換向開關(guān)?！痉治鲇懻擃}】1若磁感應(yīng)強度b和霍爾器件平面不完全正交，按式（5.2-5） 測出的霍爾系數(shù) 比實際值大還是小？要準確測定 值應(yīng)怎樣進行？若磁感應(yīng)強度b和霍爾器件平面不完全正交，則測出的霍爾系數(shù) 比實際值偏小。要想準確測定，就需要保證磁感應(yīng)強度b和霍爾器件平面完全正交，或者設(shè)法測量出磁感應(yīng)強度b和霍爾器件平面的夾角。2若已知霍爾器件的性能參數(shù)，采用霍爾效應(yīng)法測量一個未知磁場時，測量誤差有哪些來源？誤差來源有：測量工作電流 的電流表的測量誤差，測量霍爾器件厚度d的長度測量儀器的測量誤差，測量霍爾電壓 的電壓表的測量誤差，磁場方向與霍爾器件平面的夾角影響等

3、。實驗二 聲速的測量【預(yù)習(xí)思考題】1. 如何調(diào)節(jié)和判斷測量系統(tǒng)是否處于共振狀態(tài)？為什么要在系統(tǒng)處于共振的條件下進行聲速測定？答：緩慢調(diào)節(jié)聲速測試儀信號源面板上的“信號頻率”旋鈕，使交流毫伏表指針指示達到最大（或晶體管電壓表的示值達到最大），此時系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，顯示共振發(fā)生的信號指示燈亮，信號源面板上頻率顯示窗口顯示共振頻率。在進行聲速測定時需要測定駐波波節(jié)的位置，當發(fā)射換能器s1處于共振狀態(tài)時，發(fā)射的超聲波能量最大。若在這樣一個最佳狀態(tài)移動s1至每一個波節(jié)處，媒質(zhì)壓縮形變最大，則產(chǎn)生的聲壓最大，接收換能器s2接收到的聲壓為最大，轉(zhuǎn)變成電信號，晶體管電壓表會顯示出最大值。由數(shù)顯表頭讀出每一個電

4、壓最大值時的位置，即對應(yīng)的波節(jié)位置。因此在系統(tǒng)處于共振的條件下進行聲速測定，可以容易和準確地測定波節(jié)的位置，提高測量的準確度。 2. 壓電陶瓷超聲換能器是怎樣實現(xiàn)機械信號和電信號之間的相互轉(zhuǎn)換的？答：壓電陶瓷超聲換能器的重要組成部分是壓電陶瓷環(huán)。壓電陶瓷環(huán)由多晶結(jié)構(gòu)的壓電材料制成。這種材料在受到機械應(yīng)力，發(fā)生機械形變時，會發(fā)生極化，同時在極化方向產(chǎn)生電場，這種特性稱為壓電效應(yīng)。反之，如果在壓電材料上加交變電場，材料會發(fā)生機械形變，這被稱為逆壓電效應(yīng)。聲速測量儀中換能器s1作為聲波的發(fā)射器是利用了壓電材料的逆壓電效應(yīng)，壓電陶瓷環(huán)片在交變電壓作用下，發(fā)生縱向機械振動，在空氣中激發(fā)超聲波，把電信號轉(zhuǎn)

5、變成了聲信號。換能器s2作為聲波的接收器是利用了壓電材料的壓電效應(yīng)，空氣的振動使壓電陶瓷環(huán)片發(fā)生機械形變，從而產(chǎn)生電場，把聲信號轉(zhuǎn)變成了電信號?！痉治鲇懻擃}】1. 為什么接收器位于波節(jié)處，晶體管電壓表顯示的電壓值是最大值？答：兩超聲換能器間的合成波可近似看成是駐波。其駐波方程為 a（x）為合成后各點的振幅。當聲波在媒質(zhì)中傳播時，媒質(zhì)中的壓強也隨著時間和位置發(fā)生變化，所以也常用聲壓p描述駐波。聲波為疏密波，有聲波傳播的媒質(zhì)在壓縮或膨脹時，來不及和外界交換熱量，可近似看作是絕熱過程。氣體做絕熱膨脹，則壓強減??；做絕熱壓縮，則壓強增大。媒質(zhì)體元的位移最大處為波腹，此處可看作既未壓縮也未膨脹，則聲壓為

6、零，媒質(zhì)體元位移為零處為波節(jié)，此處壓縮形變最大，則聲壓最大。由此可知，聲波在媒質(zhì)中傳播形成駐波時，聲壓和位移的相位差為 。令p（x）為駐波的聲壓振幅，駐波的聲壓表達式為波節(jié)處聲壓最大，轉(zhuǎn)換成電信號電壓最大。所以接收器位于波節(jié)處，晶體管電壓表顯示的電壓值是最大值。2. 用逐差法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是什么？答：逐差法是物理實驗中處理數(shù)據(jù)的一種常用方法，是對等間隔變化的被測物理量的數(shù)據(jù)，進行逐項或隔項相減，來獲得實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法。逐差法進行數(shù)據(jù)處理有很多優(yōu)點，可以驗證函數(shù)的表達形式，也可以充分利用所測數(shù)據(jù)，具有對數(shù)據(jù)取平均的效果，起到減小隨機誤差的作用。本實驗用隔項逐差法處理數(shù)據(jù)，減小了測量的隨機誤

7、差。實驗三 衍射光柵【預(yù)習(xí)思考題】1. 如何調(diào)整分光計到待測狀態(tài)?答：（1）調(diào)節(jié)望遠鏡適合接收平行光，且其光軸垂直于儀器中心軸；（2）平行光管能發(fā)出平行光，且其光軸垂直于儀器中心軸；（3）載物臺的臺面垂直于儀器中心軸。2. 調(diào)節(jié)光柵平面與入射光垂直時，為什么只調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺釘b、c，而當各級譜線左右兩側(cè)不等高時，又只能調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺釘a？答：調(diào)節(jié)光柵平面與入射光垂直時，光柵放在載物臺調(diào)平螺釘b、c的垂直平分線上，望遠鏡和平行光管已調(diào)好，調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺釘a不能改變光柵面與入射光的夾角，只能調(diào)節(jié)螺釘b或c使光柵面反射回來的“+”字像與分劃板上“ ”形叉絲的上十字重合，此時光柵平面與入射光垂直

8、。當各級譜線左右兩側(cè)不等高時，說明光柵刻線與載物臺平面不垂直，調(diào)節(jié)b、c破壞入射光垂直光柵面，只調(diào)節(jié)a即可使各級譜線左右兩側(cè)等高?！痉治鲇懻擃}】1. 利用本實驗的裝置如何測定光柵常數(shù)？答：與實驗步驟一樣，調(diào)出光譜線，已知綠光波長 m，測量一級（ ）綠光衍射角 ，根據(jù)光柵方程 ，可計算出光柵常數(shù)d 。2. 三棱鏡的分辨本領(lǐng) ,b是三棱鏡底邊邊長，一般三棱鏡 約為1000cm-1。問邊長多長的三棱鏡才能和本實驗用的光柵具有相同的分辨率？解：已知：實驗測得 =27000， cm-1 求b。由 得 b= (cm)答：略。實驗四 多用電表的設(shè)計與制作【分析討論題】1 校準電表時，如果發(fā)現(xiàn)改裝表的讀數(shù)相對

9、于標準表的讀數(shù)都偏高或偏低，即 總向一個方向偏，試問這是什么原因造成的？欲使 有正有負（合理偏向）應(yīng)采取什么措施？分流電阻或分壓電阻的阻值不符合實際情況，導(dǎo)致讀數(shù)都偏高或偏低。欲使 有正有負（合理偏向）應(yīng)選擇合適的分流電阻或分壓電阻。2 證明歐姆表的中值電阻與歐姆表的內(nèi)阻相等。滿偏時（因rx=0） 半偏時 可得中值電阻 綜合內(nèi)阻實驗五 邁克耳孫干涉儀的調(diào)整與使用【預(yù)習(xí)思考題】1 邁克爾孫干涉儀是利用什么方法產(chǎn)生兩束相干光的？答：邁克爾孫干涉儀是利用分振幅法產(chǎn)生兩束相干光的。2 邁克爾孫干涉儀的等傾和等厚干涉分別在什么條件下產(chǎn)生的？條紋形狀如何？隨m1、m2的間距d如何變化？答：（1）等傾干涉條

10、紋的產(chǎn)生通常需要面光源，且m1、m2應(yīng)嚴格平行；等厚干涉條紋的形成則需要m1、m2不再平行，而是有微小夾角，且二者之間所加的空氣膜較薄。（2）等傾干涉為圓條紋，等厚干涉為直條紋。（3）d越大，條紋越細越密；d 越小，條紋就越粗越疏。3 什么樣條件下，白光也會產(chǎn)生等厚干涉條紋？當白光等厚干涉條紋的中心被調(diào)到視場中央時，m1、m2兩鏡子的位置成什么關(guān)系？答：白光由于是復(fù)色光，相干長度較小，所以只有m1、m2距離非常接近時，才會有彩色的干涉條紋，且出現(xiàn)在兩鏡交線附近。當白光等厚干涉條紋的中心被調(diào)到視場中央時，說明m1、m2已相交?！痉治鲇懻擃}】1 用邁克爾孫干涉儀觀察到的等傾干涉條紋與牛頓環(huán)的干涉條

11、紋有何不同？答：二者雖然都是圓條紋，但牛頓環(huán)屬于等厚干涉的結(jié)果，并且等傾干涉條紋中心級次高，而牛頓環(huán)則是邊緣的干涉級次高，所以當增大（或減?。┛諝鈱雍穸葧r，等傾干涉條紋會向外涌出（或向中心縮進），而牛頓環(huán)則會向中心縮進（或向外涌出）。2 想想如何在邁克爾孫干涉儀上利用白光的等厚干涉條紋測定透明物體的折射率？答：首先將儀器調(diào)整到m1、m2相交，即視場中央能看到白光的零級干涉條紋，然后根據(jù)剛才鏡子的移動方向選擇將透明物體放在哪條光路中（主要是為了避免空程差），繼續(xù)向原方向移動m1鏡，直到再次看到白光的零級條紋出現(xiàn)在剛才所在的位置時，記下m1移動的距離所對應(yīng)的圓環(huán)變化數(shù)n，根據(jù) ，即可求出n。實驗六

12、 用牛頓環(huán)法測定透鏡的曲率半徑【預(yù)習(xí)思考題】1白光是復(fù)色光，不同波長的光經(jīng)牛頓環(huán)裝置各自發(fā)生干涉時，同級次的干涉條紋的半徑不同，在重疊區(qū)域某些波長的光干涉相消，某些波長的光干涉相長，所以牛頓環(huán)將變成彩色的。2說明平板玻璃或平凸透鏡的表面在該處不均勻，使等厚干涉條紋發(fā)生了形變。3因顯微鏡筒固定在托架上可隨托架一起移動，托架相對于工作臺移動的距離也即顯微鏡移動的距離可以從螺旋測微計裝置上讀出。因此讀數(shù)顯微鏡測得的距離是被測定物體的實際長度。4（1）調(diào)節(jié)目鏡觀察到清晰的叉絲；（2）使用調(diào)焦手輪時，要使目鏡從靠近被測物處自下向上移動，以免擠壓被測物，損壞目鏡。（3）為防止空程差，測量時應(yīng)單方向旋轉(zhuǎn)測微

13、鼓輪。5因牛頓環(huán)裝置的接觸處的形變及塵埃等因素的影響，使牛頓環(huán)的中心不易確定，測量其半徑必然增大測量的誤差。所以在實驗中通常測量其直徑以減小誤差，提高精度。6有附加光程差d0,空氣膜上下表面的光程差 =2dk+d0+ ,產(chǎn)生k級暗環(huán)時, =(2k+1) /2，k=0,1,2,暗環(huán)半徑rk= ；則dm2=(m d0)r，dn2= (n d0)r，r= ?！痉治鲇懻擃}】1 把待測表面放在水平放置的標準的平板玻璃上，用平行光垂直照射時，若產(chǎn)生牛頓環(huán)現(xiàn)象，則待測表面為球面；輕壓待測表面時，環(huán)向中心移動，則為凸面；若環(huán)向中心外移動，則為凹面。2牛頓環(huán)法測透鏡曲率半徑的特點是：實驗條件簡單，操作簡便，直觀

14、且精度高。3參考答案若實驗中第35個暗環(huán)的半徑為a ,其對應(yīng)的實際級數(shù)為k,a2=kr k= =2d35+ +d0=(2k+1) (k=0,1,2)d= 實驗七傳感器專題實驗電渦流傳感器【預(yù)習(xí)思考題】1電渦流傳感器與其它傳感器比較有什么優(yōu)缺點？這種傳感器具有非接觸測量的特點，而且還具有測量范圍大、靈敏度高、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單及安裝方便等優(yōu)點。缺點是電渦流位移傳感器只能在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。2本試驗采用的變換電路是什么電路。本實驗中電渦流傳感器的測量電路采用定頻調(diào)幅式測量電路。【分析討論題】1若此傳感器僅用來測量振動頻率，工作點問題是否仍十分重要？我們所說的工作點是指

15、在振幅測量時的最佳工作點，即傳感器線性區(qū)域的中間位置。若測量振幅時工作點選擇不當，會使波形失真而造成測量的誤差或錯誤。但僅測量頻率時波形失真不會改變其頻率值。所以，僅測量頻率時工作點問題不是十分重要。2如何能提高電渦流傳感器的線性范圍？一般情況下，被測體導(dǎo)電率越高，靈敏度越高，在相同的量程下，其線性范圍越寬線性范圍還與傳感器線圈的形狀和尺寸有關(guān)。線圈外徑大時，傳感器敏感范圍大，線性范圍相應(yīng)也增大，但靈敏度低；線圈外徑小時，線性范圍小，但靈敏度增大?？筛鶕?jù)不同要求，選取不同的線圈內(nèi)徑、外徑及厚度參數(shù)?；魻杺鞲衅鳌绢A(yù)習(xí)思考題】1寫出調(diào)整霍爾式傳感器的簡明步驟。（1）按圖6.2-6接線；（2）差動放

16、大器調(diào)零；（3）接入霍爾式傳感器，安裝測微頭使之與振動臺吸合；（4）上下移動測微頭4mm，每隔0.5mm讀取相應(yīng)的輸出電壓值。2結(jié)合梯度磁場分布，解釋為什么霍爾片的初始位置應(yīng)處于環(huán)形磁場的中間。在環(huán)形磁場的中間位置磁感應(yīng)強度b為零。由霍爾式傳感器的工作原理可知，當霍爾元件通以穩(wěn)定電流時，霍爾電壓uh的值僅取決于霍爾元件在梯度磁場中的位移x，并在零點附近的一定范圍內(nèi)存在近似線性關(guān)系。【分析討論題】1測量振幅和稱重時的作用有何不同？為什么？測量振幅時，直接測量位移與電壓的關(guān)系。要求先根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出ux關(guān)系曲線，標出線性區(qū)，求出線性度和靈敏度。稱重時測量電壓與位移的關(guān)系，再換算成電壓與重量的關(guān)系。

17、振動臺作為稱重平臺，逐步放上砝碼，依次記下表頭讀數(shù)，并做出uw曲線。在平臺上另放置一未知重量之物品，根據(jù)表頭讀數(shù)從uw曲線中求得其重量。2描述并解釋實驗內(nèi)容的示波器上觀察到的波形。交流激勵作用下其輸出輸入特性與直流激勵特性有較大的不同，靈敏度和線性區(qū)域都發(fā)生了變化。示波器上的波形在振幅不太大時為一正弦波。若振幅太大，超出了其線性范圍，則波形會發(fā)生畸變。試驗八 鐵磁材料磁滯回線的測繪【預(yù)習(xí)思考題】1. 測繪磁滯回線和磁化曲線前為何先要退磁？如何退磁？答：由于鐵磁材料磁化過程的不可逆性即具有剩磁的特點，在測定磁化曲線和磁滯回線時，首先必須對鐵磁材料預(yù)先進行退磁，以保證外加磁場h=0時b=0。退磁的

18、方法，從理論上分析，要消除剩余磁感應(yīng)強度br，只需要通以反向電流，使外加磁場正好等于鐵磁材料的矯頑力即可，但實際上矯頑力的大小通常并不知道，則無法確定退磁電流的大小。常采用的退磁方法是首先給要退磁的材料加上一個大于（至少等于）原磁化場的交變磁場（本實驗中順時針方向轉(zhuǎn)動“u選擇”旋鈕，令u從0依次增至3v），鐵磁材料的磁化過程是一簇逐漸擴大的磁滯回線。然后逐漸減小外加磁場，（本實驗中逆時針方向轉(zhuǎn)動旋鈕，將u從最大值依次降為0），則會出現(xiàn)一簇逐漸減小而最終趨向原點的磁滯回線。當外加磁場h減小到零時，鐵磁材料的磁感應(yīng)強度b亦同時降為零，即達到完全退磁。2. 如何判斷鐵磁材料屬于軟、硬磁性材料？答：軟

19、磁材料的特點是：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，磁滯損耗小，磁滯回線呈長條狀；硬磁材料的特點是：剩磁大，矯頑力也大，磁滯特性顯著，磁滯回線包圍的面積肥大。【分析討論題】1. 本實驗通過什么方法獲得h和b兩個磁學(xué)量？簡述其基本原理。答：本實驗采用非電量電測技術(shù)的參量轉(zhuǎn)換測量法，將不易測量的磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為易于測量的電學(xué)量進行測定。按測試儀上所給的電路圖連接線路，將電壓uh和ub分別加到示波器的“x輸入”和“y輸入”，便可觀察到樣品的磁滯回線，同時利用示波器測繪出基本磁化曲線和磁滯回線上某些點的uh和ub值。根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強為(l為樣品的平均磁路)根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律，樣品的磁感應(yīng)強度瞬時值由以

20、上兩個公式可將測定的uh和ub值轉(zhuǎn)換成h和b值，并作出hb曲線?！緦嶒瀮x器】2. 鐵磁材料的磁化過程是可逆過程還是不可逆過程？用磁滯回線來解釋。答：鐵磁材料的磁化過程是不可逆過程。鐵磁材料在外加磁場中被磁化時，外加磁場強度h與鐵磁材料的磁感應(yīng)強度b的大小是非線性關(guān)系。當磁場h從零開始增加時，磁感應(yīng)強度b隨之以曲線上升，當h增加到hm時，b幾乎不再增加，達到飽和值bm，從o到達飽和狀態(tài)這段b-h曲線，稱為起始磁化曲線。當外加磁場強度h從hm減小時，鐵磁材料的磁感應(yīng)強度b也隨之減小，但不沿原曲線返回，而是沿另一曲線下降。當h下降為零時，b不為零，仍保留一定的剩磁br，使磁場反向增加到-hc時，磁感

21、應(yīng)強度b下降為零。繼續(xù)增加反向磁場到-hm，后逐漸減小反向磁場直至為零，再加上正向磁場直至hm，則得到一條閉合曲線，稱為磁滯回線。從鐵磁材料的起始磁化曲線和磁滯回線可以看到，外加磁場強度h從hm減小到零時的退磁曲線與磁場h從零開始增加到hm時的起始磁化曲線不重合，說明退磁過程不能重復(fù)起始磁化過程的每一狀態(tài)，所以鐵磁材料的磁化過程是不可逆過程。實驗九用動態(tài)法測定金屬棒的楊氏模量【預(yù)習(xí)思考題】1試樣固有頻率和共振頻率有何不同，有何關(guān)系?固有頻率只由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定。和共振頻率是兩個不同的概念，它們之間的關(guān)系為：式中q為試樣的機械品質(zhì)因數(shù)。一般懸掛法測楊氏模量時，q值的最小值約為50，所以共振頻率

22、和固有頻率相比只偏低0.005%，故實驗中都是用f共代替f固，2如何盡快找到試樣基頻共振頻率?測試前根據(jù)試樣的材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量，通過（5.7-3）式估算出共振頻率的數(shù)值，在上述頻率附近尋找。【分析討論題】1測量時為何要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點附近？理論推導(dǎo)時要求試樣做自由振動，應(yīng)把線吊扎在試樣的節(jié)點上，但這樣做就不能激發(fā)試樣振動。因此，實際吊扎位置都要偏離節(jié)點。偏離節(jié)點越大，引入的誤差就越大。故要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點附近。2如何判斷銅棒發(fā)生了共振?可根據(jù)以下幾條進行判斷：（1）換能器或懸絲發(fā)生共振時可通過對上述部件施加負荷(例如用力夾緊)，可使此共振信號變小或消失。（2）發(fā)生共振時，迅速切斷信

23、號源，觀察示波器上李薩如圖形變化情況，若波形由橢圓變成一條豎直亮線后逐漸衰減成為一個亮點，即為試樣共振頻率。（3）試樣發(fā)生共振需要一個孕育的過程，切斷信號源后信號亦會逐漸衰減，它的共振峰寬度較窄，信號亦較強。試樣共振時，可用尖嘴鑷子縱向輕碰試樣，這時會按圖5.7-1的規(guī)律發(fā)現(xiàn)波腹、波節(jié)。 （4）在共振頻率附近進行頻率掃描時，共振頻率兩側(cè)信號相位會有突變導(dǎo)致李薩如圖形在y軸左右明顯擺動。 acknowledgements my deepest gratitude goes first and foremost to professor aaa , my supervisor, for her c

24、onstant encouragement and guidance. she has walked me through all the stages of the writing of this thesis. without her consistent and illuminating instruction, this thesis could not havereached its present form. second, i would like to express my heartfelt gratitude to professor aaa, who led me int

25、o the world of translation. i am also greatly indebted to the professors and teachers at the department of english: professor dddd, professor ssss, who have instructed and helped me a lot in the past two years. last my thanks would go to my beloved family for their loving considerations and great co

26、nfidence in me all through these years. i also owe my sincere gratitude to my friends and my fellow classmates who gave me their help and time in listening to me and helping me work out my problems during the difficult course of the thesis. my deepest gratitude goes first and foremost to professor aaa