大物實驗思考題

實驗一霍爾效應及其應用【預習思考題】1．列出計算霍爾系數(shù)、載流子濃度n、電導率σ及遷移率μ的計算公式，并注明單位。霍爾系數(shù)，載流子濃度，電導率，遷移率。2．如已知霍爾樣品的工作電流及磁感應強度B的方向，如何判斷樣品的導電類型？以根據(jù)右手螺旋定則，從工作電流旋到磁感應強度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？為了在測量時消除一些霍爾效應的副效應的影響，需要在測量時改變工作電流及磁感應強度B的方向，因此就需要2個換向開關；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，又需要1個換向開關。總之，一共需要3個換向開關?！痉治鲇懻擃}】1．若磁感應強度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?。恳獪蚀_測定值應怎樣進行？若磁感應強度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，就需要保證磁感應強度B和霍爾器件平面完全正交，或者設法測量出磁感應強度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。實驗二聲速的測量【預習思考題】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壓最大值時的位置，即對應的波節(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)構的壓電材料制成。這種材料在受到機械應力，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。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。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，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)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，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。【分析討論題】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，則壓強減小；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差。實驗三衍射光柵【預習思考題】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。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,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bcm答：略。實驗四多用電表的設計與制作【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，導致讀數(shù)都偏高或偏低。欲使有正有負（合理偏向）應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Rx0）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【預習思考題】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）等傾干涉條紋的產(chǎn)生通常需要面光源，且M1、M2’應嚴格平行；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系？答：白光由于是復色光，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移動的距離所對應的圓環(huán)變化數(shù)N，根據(jù)，即可求出n。實驗六用牛頓環(huán)法測定透鏡的曲率半徑【預習思考題】1．白光是復色光，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，測量時應單方向旋轉(zhuǎn)測微鼓輪。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，k0,1,2…,暗環(huán)半徑rk；則Dm2m―d0R，Dn2n―d0R，R。【分析討論題】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,其對應的實際級數(shù)為k,a2kRk2d35++d02k+1k0,1,2…d實驗七傳