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大学物理实验报告答案http://download.csdn.net/source/2123275报答http://download.csdn.net/source/2123275大全(实验数据及思考题答案全包括)全括伏安法测电阻实验目的1利用伏安法测电阻2验证欧姆定律3学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念U实验方法原理根据欧姆定律,R=,如测得U和I则可计算出R值得注意的是,本实验待测电阻有两只,I一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差实验装置待测电阻两只,0~5mA电流表1只,0-5V电压表1只,0~50mA电流表1只,0~10V电压表一只,滑线变阻器1只,DF1730SB3A稳压源1台实验步骤本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计必要时,可提示学生参照第2章中的第
2.4一节的有关内容分压电路是必须要使用的,并作具体提示1根据相应的电路图对电阻进行测量,记录U值和I值对每一个电阻测量3次2计算各次测量结果如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果3如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量数据处理测量次数U1/VI1/mAR1/Ω测量次数U2/VI2/mAR2/Ω
15.
42.
00270012.
0838.
054.
726.
92.
60265422.
2242.
052.
938.
53.
20265632.
5047.
053.2∆U=Umax×
1.5%,得到∆U1=
0.15VUV1由2由∆I=Imax×
1.5%,得到∆I1=
0.075mA∆2=
0.075;∆I2=
0.75mA;∆U2∆I2u=×1u==3再由uRR3V+3I3,求得R1910ΩR21Ω;4结果表示R1=
2.92±
0.09R×10Ω2=441±Ω光栅衍射实验目的1了解分光计的原理和构造2学会分光计的调节和使用方法3观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理若以单色平行光垂直照射在光栅面上,按照光栅衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下式决定a+bsinψk=dsinψk=±kλ如果人射光不是单色,则由上式可以看出,光的波长不同,其衍射角也各不相同,于是复色光将被分解,而在中央k=
0、ψ=0处,各色光仍重叠在一起,形成中央明条纹在中央明条纹两侧对称地分布着k=1,2,3,…级光谱,各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线,这样就把复色光分解为单色光如果已知光栅常数,用分光计测出k级光谱中某一明条纹的衍射角ψ,即可算出该明条纹所对应的单色光的波长λ实验步骤1调整分光计的工作状态,使其满足测量条件2利用光栅衍射测量汞灯在可见光范围内几条谱线的波长
①由于衍射光谱在中央明条纹两侧对称地分布,为了提高测量的准确度,测量第k级光谱时,应测出+k级和-k级光谱线的位置,两位置的差值之半即为实验时k取1
②为了减少分光计刻度盘的偏心误差,测量每条光谱线时,刻度盘上的两个游标都要读数,然后取其平均值角游标的读数方法与游标卡尺的读数方法基本一致
③为了使十字丝对准光谱线,可以使用望远镜微调螺钉12来对准
④测量时,可将望远镜置最右端,从-l级到+1级依次测量,以免漏测数据数据处理谱线游标左1级k=-1右1级k=+1φλ/nmλ0/nmE黄l明左右黄2明左右绿明左右紫明左右102°45′62°13′282°48′242°18′102°40′62°20′282°42′242°24′101°31′63°29′281°34′243°30′97°35′67°23′277°37′247°28′
20.258°
577.
120.158°
574.
419.025°
543.
315.092°
433.
9579.
0577.
9546.
1435.
80.33%
0.45%
0.51%
0.44%1与公认值比较计算出各条谱线的相对误−λ0为公认值2计算出紫色谱线波长的不确定度⎤⎡∂+absinϕ2差E=λλ0xλ0其中uϕ⎥=a+ϕuλ=1⎢⎣∂ϕ�π⎦b|cosϕ|u=600×.cos15092××60180=
0.467nm;U=2×uλ=
0.9nm
1.
2.最后结果为:λ=
433.9±
0.9nm当用钠光波长λ=
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+bsinφ=kλ得k={a+b/λ}sinφ∵φ最大为90º所以sinφ=1又∵a+b=1/500mm=2*10-6m,λ=
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,则分辨本领将下降,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.为什么采用左右两个游标读数左右游标在安装位置上有何要求答采用左右游标读数是为了消除偏心差,安装时左右应差180º\u12290X光电效应实验目的1观察光电效现象测定光电管的伏安特性曲线和光照度与光电流关系曲线;测定截止电压并通过现象了解其物理意义2练习电路的连接方法及仪器的使用;学习用图像总结物理律实验方法原理1光子打到阴极上若电子获得的能量大于逸出功时则会逸出,在电场力的作用下向阳极运动而形成正向电流在没达到饱和前,光电流与电压成线性关系接近饱和时呈非线性关系饱和后电流不再增加2电光源发光后其照度随距光源的距离的平方成r2反比即光电管得到的光子数与r2成反比因此打出的电子数也与r2成反比形成的饱和光电流也与r2成反比即I∝r-23若给光电管接反向电压u反,在eU反mvmax/2=eUS时vmax为具有最大速度的电子的速度仍会有电子移动到阳极而形成光电流,当继续增大电压U反,由于电场力做负功使电子减速,当使其到达阳极前速度刚好为零时U反=US,此时所观察到的光电流为零,由此可测得此光电管在当前光源下的截止电压US实验步骤1按讲义中的电路原理图连接好实物电路图;2测光电管的伏安特性曲线
①先使正向电压加至30伏以上,同时使光电流达最大(不超量程),
②将电压从0开始按要求依次加大做好记录;3测照度与光电流的关系
①先使光电管距光源20cm处,适当选择光源亮度使光电流达最大不超量程;
②逐渐远离光源按要求做好记录;实验步骤4测光电管的截止电压
①将双向开关换向;
②使光电管距光源20cm处,将电压调至“0”,适当选择光源亮度使光电流达最大(不超量程),记录此时的光电流I0,然后加反向电压使光电流刚好为“0”,记下电压值US;
③使光电管远离光源(光源亮度不变)重复上述步骤作好记录数据处理1伏安特性曲线-
0.6U/V
401.
02.
04.
06.
08.
010.
020.
030.
040.0I/mA
02.
965.
6810.
316.
818.
719.
919.
919.
919.
919.92照度与光电流的关系45802457L/cm
20.
025.
030.
035.
040.
050.
060.
070.
080.01/L
20.
00250.
00160.
00110.
00080.
00060.
00040.
00030.
00020.00015I/µA
19.
9712.
546.
854.
272.
881.
510.
870.
530.322520151050-1001020304050流曲线3零电压下的光电流及截止电压与照度的关系伏安特性曲线照度与光电L/cm
20.0I0/µA
1.
9625.
01.
8530.
01.
0635.
00.
8540.
00.
6450.
00.
6160.
00.
5870.
00.55US/V
0.
640.
630.
650.
660.
620.
640.
650.
631.临界截止电压与照度有什么关系从实验中所得的结论是否同理论一致如何解释光的波粒二象性答临界截止电压与照度无关,实验结果与理论相符光具有干涉、衍射的特性,说明光具有拨动性从光电效应现象上分析,光又具有粒子性,由爱因斯坦方程来描述hν=1/2mv2max+A
2.可否由Us′ν曲线求出阴极材料的逸出功答可以由爱因斯坦方程hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e和普朗克常数,还可以求出截距(h/e)υo,再由截距求出光电管阴极材料的红限υo,从而求出逸出功A=hυo光的干涉—牛顿环实验目的1观察等厚干涉现象及其特点2学会用干涉法测量透镜的曲率半径与微小厚度实验方法原理利用透明薄膜空气层上下表面对人射光的依次反射,人射光的振幅将分成振幅不同且有一定光程差的两部分,这是一种获得相干光的重要途径由于两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度,同一条干涉条纹所对应的薄膜厚度相同,这就是等厚干涉将一块曲率半径R较大的平凸透镜的凸面置于光学平板玻璃上,在透镜的凸面和平板玻璃的上表面间就形成一层空气薄膜,其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加当平行的单色光垂直入射时,入射光将在此薄膜上下两表面依次反射,产生具有一定光程差的两束相干光因此形成以接触点为中心的一系列明暗交22替的同心圆环——牛顿环透镜的曲率半径为R=−DmDn−=y−实验步骤4mnλ4mnλ1转动读数显微镜的测微鼓轮,熟悉其读数方法;调整目镜,使十字叉丝清晰,并使其水平线与主尺平行判断的方法是转动读数显微镜的测微鼓轮,观察目镜中的十字叉丝竖线与牛顿环相切的切点连线是否始终与移动方向平行2为了避免测微鼓轮的网程空转误差,在整个测量过程中,鼓轮只能向一个方向旋转应尽量使叉丝的竖线对准暗干涉条纹中央时才读数3应尽量使叉丝的竖线对准暗干涉条纹中央时才读数4测量时,隔一个暗环记录一次数据5由于计算R时只需要知道环数差m-n,因此以哪一个环作为第一环可以任选,但对任一暗环其直径必须是对应的两切点坐标之差数据处理环的级数m2422201816环的位置/mm右左
21.
39128.
44921.
55221.
70828.
32028.
16321.
86227.
97022.
04127.811环的直径/mmDm
7.
0586.
7686.
4556.
1085.770环的级数n14121086环的位置/mm右左
22.
23727.
63222.
43522.
66227.
45127.
25422.
88126.
96523.
16226.723环的直径/mmDn
5.
3955.
0164.
5924.
0843.
56120.
6350.
1220.
70920.
64620.
581875.
40.6%
20.
62920.612ucR⎛y⎞2m2n2=⎛
20.12⎞=
0.6%u⎛u⎞⎛u⎞⎟+×−8R=⎜⎜⎝y⎟⎟+⎜⎠⎝uRm−n⎟+⎜⎠⎝m−n⎟⎠⎜⎝
20.635⎠
8.910ucR=R×c=
5.25mm;U=2×ucR=11mmRR=R±U=875±11mm
1.透射光牛顿环是如何形成的如何观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,由上向下观察
2.在牛顿环实验中,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和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,但条纹数有限双棱镜干涉实验目的1观察双棱镜干涉现象测量钠光的波长2学习和巩固光路的同轴调整实验方法原理双棱镜干涉实验与双缝实验、双面镜实验等一样,都为光的波动学说的建立起过决定性作用,同时也是测量光波波长的一种简单的实验方法双棱镜干涉是光的分波阵面干涉现象,由S发出的单色光经双棱镜折射后分成两列,相当于从两个虚光源S1和S2射出的两束相干光这两束光在重叠区域内产生干涉,在该区域内放置的测微目镜中可以观察到干涉条纹根据光的干涉理论能够得出相邻两明(暗)条纹间的距离为∆x=dDλ,即可有λ=d∆x其中d为两D个虚光源的距离,用共轭法来测,即d=;离距的镜目微实验步骤1仪器调节
①粗调d1d2;D为虚光源到接收屏之间的距离,在该实验中我们测的是狭缝到测量测镜目微∆测x由,小很将缝的位置放好,调至坚直,根据缝的位置来调节其他元件的左右和高低位置,使各元件中心大致等高
②细调根据透镜成像规律用共轭法进行调节使得狭缝到测微目镜的距离大于透镜的四倍焦距,这样通过移动透镜能够在测微目镜处找到两次成像首先将双棱镜拿掉,此时狭缝为物,将放大像缩小像中心调至等高,然后使测微目镜能够接收到两次成像,最后放入双棱镜,调双棱镜的左右位置,使得两虚光源成像亮度相同,则细调完成各元件中心基本达到同轴2观察调节干涉条纹调出清晰的干涉条纹视场不可太亮,缝不可太宽,同时双棱镜棱脊与狭缝应严格平行取下透镜,为方便调节可先将测微目镜移至近处,待调出清晰的干涉条纹后再将测微目镜移到满足大于透镜四倍焦距的位置3随着D的增加观察干涉条纹的变化规律4测量
①测量条纹间距∆x
②用共轭法测量两虚光源S1和S2的距离d
③测量狭缝到测微目镜叉丝的距离D数据处理测∆x数据记录条纹位置次数起始位置a终了位置a′被测条纹数mm|a-a′|∆x
1234568.
0953.
5548.
0303.
5508.
1843.
5933.
5758.
0353.
5738.
1003.
6808.
0801010101010104.
5204.
4814.
4574.
5504.
5044.
4870.
45200.
44810.
44570.
45500.
45040.4487∆x=
0.44998mm测d数据记录mm次数放大像间距d1a1a1′缩小像间距d2|a1-a1′|a2a2′|a2-a2′|
1234567.
5605.
7717.
5385.
7557.
5205.
7355.
7747.
5615.
7667.
5495.
7537.
5151.
7861.
7901.
7721.
7941.
7671.
7807.
3576.
9337.
3816.
9107.
3556.
9516.
9657.
3606.
9687.
3306.
9407.
3600.
4100.
4280.
4130.
4200.
4150.409d1=
1.7915mm;d2=
0.4158mm测D数据记录mm狭缝位置b11∆x的不确定度测微目镜差丝位置b′660∆D=|b-b′|659uA=
0.001329mm;22uB=仪3=
0.005770mm;uuAx+ux
0.005921mm=B=2求d1与d2的不确定度uA=
0.004288mm;uA=
0.002915mm;∆uB=
0.007mm;uB=
0.005mm;uB=仪=
0.005770mm;3u221+u==uAd1+ud2B2B
0.01003mm;u=ud+ud+uB=
0.00817mmA2B23求D的不确定度u=1mm4波长的合成相对不确定度222ucλ=⎛u⎞⎟+⎛u⎞⎟+⎛u⎞⎟=×−4mm;λ⎜⎝2∆x⎠⎜⎝d2⎠⎜⎝D2⎠
4.12810⎛u⎞其中⎜⎟=1⎛u⎞⎜⎜⎟⎟+1⎛u⎞⎜⎜⎟⎟=×−5⎝d⎠4⎝d1⎠4⎝d2⎠
1.37410mm5测量结果1由λ=d∆x求得D-4λ=
5.87731×10mm7U=2uc结果表达式为2uc=
2.427×10−mm;包含因子k=2时,λ的扩展不确定度−4λ=λ+U=
5.877±×
0.00510mm
2.
1.测量前仪器调节应达到什么要求怎样才能调节出清晰的干涉条纹答共轴,狭逢和棱背平行与测微目镜共轴,并适当调节狭逢的宽度
2.本实验如何测得两虚光源的距离d还有其他办法吗答d=d1*d21/2或利用波长λ已知的激光作光源,则d=D/Δxλ
3.狭缝与测微目镜的距离及与双棱镜的距离改变时,条纹的间距和数量有何变化答狭缝和测微目镜的距离越近,条纹的间距越窄,数量不变,狭缝和双棱镜的距离越近,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和S2所成的像d1和d2的光路图测薄透镜的焦距实验目的1掌握测薄透镜焦距的几种方法;2掌握简单光路的分析和调整的方法;3了解透镜成像原理,掌握透镜成像规律;4进一步学习不确定度的计算方法实验方法原理1自准法当光物点在凸透镜的焦平面上时,光点发出的光线经过透镜变成平行光束,再经过在透镜另一侧的平面镜反射后又汇聚在原焦平面上且与发光点物点对称2物距像距法测出物距u与相距v代入公式1/u+1/v=1/f可求f3共轭法保持物与屏的距离L不变移动透镜,移动的距离为e,其中一次成放大像另一次成缩小像放大像1/u+1/v=1/f缩小像1/u+e+1/v-e=1/f由于u+v=L,所以f=L2-e2/4L4凹透镜焦距的测量利用光路可逆原理,将凸透镜所成的实像作为凹透镜的物,即可测出凹透镜成实像的物距和像距,代入公式1/u+1/v=1/f可求出焦距f实验步骤本实验为简单设计性实验,具体实验步骤由学生自行确定,必要时课建议学生按照实验原理及方法中的顺序作试验要求学生自行设计的能直接反映出测量结果的数据记录表格数据处理1自准法,物距像距法,则凹透镜焦距三个试验将所测数据及计算结果填写在自行设计的表格中2对共轭法的测量数据及处理实例测量数据记录表O1O1左O1右O1O2O2左O2右O2e=o2-o1f=L2-e2/4Lf
52.
4353.
5051.
6752.
7051.
3052.
352.
9052.
7052.
8952.
9052.
8052.
852.
6753.
1052.
2852.
8052.
0552.
598.
0097.
9899.
0098.
8098.
6098.
399.
0099.
2099.
5099.
2198.
9099.
198.
5098.
5999.
2599.
0198.
7598.
745.
8319.
8245.
4919.
9246.
9719.
5246.
2119.
6446.
7019.
5919.
6940740246.
1519.70
①不确定度的计算过程:6uAe=∑−eie
120.047cmuB=
0.30cm66−1=2+u2ue=uAB=
0.31cmuL=
0.30cm22⎡L22⎤所以u=⎢+e⎥u2+⎡2e⎤u2=
0.368×10-2f⎣22L−eL⎦⎣⎢L2−e2⎥⎦uf=
0.368×10-2×
19.683cm=
0.072cmU=2uf=
0.145cm=
0.1cm
②最后表达式:f=
19.7±
0.1cm
1.你认为三种测量凸透镜焦距的方法,哪种最好为什么答共轭法最好,因为这个方法把焦距的测量归结为对可以精确测定的量L和e的测量,避免了在测量u和v时,由于估计透镜光心位置不准确所带来的误差
222.由f=−Le4L推导出共轭法测f的标准相对合成不确定度传递公式根据实际结果,试说明uBL、uBe、uAe哪个量对最后结果影响最大为什么由此你可否得到一些对实验具有指导性意义的结论答uAL对最后结果影响最大,因为L为单次测量量对O
1、O2的测量时,要采用左右逼近法读数
3.测量凹透镜焦距f和实验室给出的f0,比较后计算出的E值(相对误差)一般比较大,试分析E大的原因答E较大的原因可能是因为放入凹透镜后所成像的清晰度很难确定,即像的聚焦情况不好,从而导致很难测出清晰成像的位置
4.在测量凸透镜的焦距时,可以利用测得的多组u、v值,然后以u+v作纵轴,以u·v作横轴,画出实验曲线根据式3-15-1事先推断一下实验曲线将属于什么类型,怎样根据这条曲线求出透镜的焦距fuυf=答曲线是直线,可根据直线的斜率求出f,f=1/k,因为1/f=1/u+1/v,即+uυ,故可有f=1/k
5.测量凸透镜的焦距时,可以测得多组u、v值,以v/u即像的放大率作纵轴,以v作横轴,画出实验曲线试问这条实验曲线具有什么形状怎样由这条曲线求出透镜的焦距f答曲线是直线,在横轴上的截距就是f激光全息照相实验目的1了解全息照相的原理及特点2掌握漫反射物体的全息照相方法,制作漫反射的三维全息图3掌握反射全息的照相方法,学会制作物体的白光再现反射全息图4进一步熟悉光路的调整方法,学习暗室技术实验方法原理1概述全息照相是利用光涉的干涉和衍射原理,将物光波以干涉条纹的形式记录下来,然后在一定条件下,利用衍射再现原物体的立体图像可见,全息照相必须分两步进行
①物体全息图的记录过程;
②立体物像的再现过程2全息照相与普通照相的主要区别
①全息照相能够把物光波的全部信息记录下来,而普通照相只能记录物光波的强度
②全息照片上每一部分都包含了被摄物体上每一点的光波信息,所以它具有可分割性,即全息照片的每一部分都能再现出物体的完整的图像
③在同一张全息底片上,可以采用不同的角度多次拍摄不同的物体,再现时,在不同的衍射方向上能够互不干扰地观察到每个物体的立体图像3全息照相技术的发展全息照相技术发展到现在已有四代本实验将用激光作光源完成物体的第二代全息图—漫反射全息图和第三代全息图—反射全息图的拍摄和再现e-He-HO实验步骤θL2θM2L1eNL.KSM1OHLeNL.K首先要熟悉本实验所用仪器和光学元件打开激光器电源,点亮He-Ne激光器,调整其工作电流,使其输出最强的H激光,然后按下述内容和步骤开始进行实验1漫反射全息图的拍摄M
①按漫反射全息光路图摆放好各元件的位置,整个光路大概占实验台面的三分之二左右
②各光束都应与台面平行,通过调平面镜的俯仰角来调节且光点都要打到各元件的中心部位
③两束光的光程差约为20cm光程都是由分束镜开始算起沿着光束前进的方向量至全息底片为止
④物光与参考光夹角为30°\u65374X50°\u12290X
⑤参考光与物光的光强比为3:1~8:1(通过调整扩束镜的位置来实现)
⑥曝光时间为6S
⑦上底片及曝光拍照(底片上好后要静止1~2min),药膜面要正对物体放2白光再现反射全息图
①按反射全息光路摆放好各元件的位置,先不放入扩束镜L,各光事与台面平行
②调整硬币,使之与干板(屏)平行,使激光束照在硬币的中心
③放入扩束镜,使光均匀照射且光强适中,确定曝光时间为3s
④曝光,硬币与干板间距为1cm3底片处理
①显影
②显影后冲洗1min,停显30s左右,定影3~5min,定影后可打开白炽灯,用水冲洗干板5~10min,再用吹风机吹干(吹时不可太近且不可正对着吹,以免药膜收缩)4再现观察
①漫反射全息图的再现
②白光再现反射全息图的观察数据处理本实验无数据处理内容
1.全息照像有哪些重要特点答全息照相是利用光波的干涉和衍射原理,将物体“发出”的特定波前(同时包括振幅和位相)以干涉条纹的形式记录下来,然后在一定条件下,利用衍射再现原物体的立体像全息照相必须分两步进行
(1)物体全息图的记录过程;
(2)立体物像的再现过程
2.全息底片和普通照像底片有什么区别答
(1)全息照相能够把物光波的全部信息(即振幅和相位)全部记录下来,而普通照相只能记录物光波的强度(既振幅),因此,全息照片能再现出与原物体完全相同的立体图象
(2)由于全息照片上的每部分都包含了被摄物体上每一点的光波信息,所以,它具有可分割性,即全息照片的每一部分都可以再现出原物体的立体图象
(3)在同一张全息底片上,可以采用不同的角度多次拍摄不同的物体,再现时,在不同的衍射方向上能够互不干扰地观察到每个物体的立体图象
3.为什么安装底片后要静止一段时间,才能进行曝光答为了减少震动,提高拍摄质量,减震是全息照相的一项重要措施,要保证照相质量,光路中各元器件的相对位移量要限制在λ/2范围内
5.普通照像在冲洗底片时是在红光下进行的,全息照像冲洗底片时为什么必须在绿光甚至全黑下进行答因为全息干板涂有对红光敏感的感光材料,所以冲洗底片时必须在绿光甚至全黑下进行用惠斯通电桥测电阻实验目的1掌握用惠斯通电桥测电阻的原理2正确应用复射式光点检流计3学会用QJ19型箱式电桥测电阻实验方法原理应用自组电桥和箱式电桥两种方法来测未知电阻Rx其原理如图示,其中R
1、R
2、R3是三个已知电阻与未知电阻Rx构成四个臂,调节RR3,当Ucd=0时电桥平衡即I1R1=I2R2I1Rx=I2R3∴Rx=实验步骤1自组电桥:1R3R2
①按图3-9-1连接电路根据被测阻值范围恰当选择比例臂在电阻箱上判断平衡指示仪用指针式检流计
②调整测定臂R3使其平衡记下各臂阻值.逐一测得RX
1、RX
2、RX串,RX并2箱式电桥
①按图3-9-3或箱式电桥仪器铭牌右上角的线路图接线,平衡指示仪用复射式光点检流计
②参照书P95页表格选取R
1、R2两臂和电源电压,参照自组桥测试结果选取R3的初始值
③对每个被测电阻通过不同的灵敏度分别进行粗细调平衡,并记录相应阻值数据处理自组点桥数据RX1R11/Ω500R12000RX33串000RX55并000箱式电桥数据RX1R1/R21R10RX1120RX13X串0R15并0RX112/Ω500R10003000500013/Ω
46.
6058.
5106.
4204.213/ΩX/ΩR
475.
21475.
2592.
03592.
0069.
05069.
0042.
81042.8X/ΩR
1466.
03585.
15064.
21042.1数据处理1自组电桥a=
0.1级由△R=3Ra/100而U
0.95=
0.95△R得U1=
0.95×3×
1475.
20.1÷100=2ΩU2=
0.95×3×
3592.0×
0.1/100=6ΩU3=
0.95×3×
5069.0×
0.1/100=8ΩU4=
0.95×3×
1042.8×
0.1/100=2Ω测量结果R1=1475±2ΩR2=3592±6ΩR3=5069±8ΩR4=1043±2Ω2箱式电桥(a=
0.05级)由△R=±a/100%kR3+RN/10又U
0.95=
0.95△R得U=
0.95×
0.05/100×10R3+1000/10∴U1=
0.95×
0.05/100×10×
146.60+100=
0.7ΩU2=
0.95×
0.05/100×10×
358.51+100=2ΩU3=
0.95×
0.05/100×10×
506.42+100=2ΩU4=
0.95×
0.05/100×10×
104.21+100=
0.5Ω测量结果R1=
1466.0±
0.7ΩR2=3585±2ΩR3=5064±2ΩR4=
1042.1±
0.5Ω思考题1电桥一般有两个比例臂R
1、R2,一个测定臂R3和另一个待测电阻RX组成电桥的平衡条件是RX=(R1/R2)R32不能平衡,因为桥臂两端C和D两点电位不会相等3
①不会,因为被测阻值仅仅依赖于R
1、R
2、R3三个阻值
②会,因为要由检流计判断是否平衡
③不会,因为检流计分度值不影响电桥误差
④会,因为电压太低会降低电桥的灵敏度,从而增大误差
⑤会,因为除了R
1、R
2、R3三个电阻外,还有导线电阻4由被测阻值大约为
1.2kΩ,应考虑电源电压及倍率电源电压选择6V,倍率R1/R2=1,因为当电桥的四个臂接近时电桥有较高的灵敏度
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/R2R
32.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;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检流计没有调好零点;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;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;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导线电阻不能完全忽略;对高电阻不会,当被测电阻的阻值很高时导线电阻可以忽略
4.为了能更好地测准电阻,在自组电桥时,假如要测一个约
1.2kΩ的电阻,应该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1000Ω,检流计取
1.5级µA表液体粘滞系数的测定实验目的1观察液体的内摩擦现象了解小球在液体中下落的运动规律2用多管落球法测定液体粘滞系数3掌握读数显微镜及停表的使用方法4学习用外延扩展法获得理想条件的思想方法5用作图法及最小二乘法处理数据实验方法原理液体流动时各层之间有相对运动任意两层间产生等值反向的作用力称其为内摩擦力或粘滞力ff的方向沿液层接触面其大小与接触面积S及速度梯度成正比即f=ηSdvdx当密度为ρ的小球缓慢下落时,根据斯托克斯定律可知小球受到的摩擦阻力为f=3πηvd小球匀速下落时小球所受的重力ρvg浮力ρovg及摩擦阻力f平衡,有Vgρ−ρo=3πηvod13=dg3πηvd6πρ−ρooρ−ρgd2η=o18vo大量的实验数据分析表明t与d/D成线性关系以t为纵轴,d/D为横轴的实验图线为一直线,直线在t轴上的截距为to,此时为无限广延的液体小球下所需要的时间,故vo=Lt实验图线为直线,因此有t=to+ax可用最小二乘法确定a和t0的值实验步骤1用读数显微镜测钢珠的直径2用卡尺量量筒的内径3向量筒内投入钢球,并测出钢球通过上下两划痕之间距离所需要的时间4记录室温数据处理序号123456小球直径/mm
1.
3081.
3091.
3041.
2951.
3011.
3011.
3011.
3001.
3001.
3031.
3021.
3031.
3031.
3041.
3021.
2981.
3101.
3041.
3051.
3011.
3081.
3061.
3041.298量筒直径D/mm
50.
1440.
1031.
1823.
4218.
9614.26时间t/s
25.
412.
6125.
633.
2425.
724.
1825.
965.
5626.
286.
8826.
349.14dD2×10−/度
17.8用最小二乘法计算tot=
26.01x=
0.0527xt=
1.37x2=
0.000328a=to=
0.0527×
20.0527−−
26.01−
1.
370.000328=−
2.29=sL
25.89−
2.29×
0.
052726.01vo==
4.61mmto2sη=ρ−ρgd18vo=
1.37×10−3⋅kg/ms
1.用误差理论分析本实验产生误差(测量不确定度)的主要原因怎样减小它的测量误差答主要有小球半径测量不确定度ud、小球下落距离测量不确定度uL和小球下落时间测量不确定度ut等
①ud有两种原因
①是小球直径不均匀因此应求平均半径;
②是仪器误差
②uL有两种原因
①用钢板尺测L所带来的误差;
②按计数器时,因小球刚好没有对齐标示线而产生的误差
③ut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,从而减少时间测量的误差
2.量筒的上刻痕线是否可在液面位置为什么答不能因为开始小球是加速运动,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,所以不能从液面开始
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重影响,只能在轴线上运动,才能使筒壁横向的作用力合力为零用电位差计测量电动势实验目的1掌握电位差计的基本线路及测量原理2掌握用线式电位差计、UJ37箱式电位差计测量电动势的电压的基本实验方法实验方法原理1用补偿法准确测量电动势(原理)如图3-10-2所示EX是待测电源,E0是电动势可调的电源,E0和EXE0G通过检流计联在一起当调节E0的大小,使夫流计指针不偏转,即电路中没有电流时,两个等,互相补偿,即EX=E0,电路达到平衡2电位差计测量电动势(方法)EX3-10-2补偿原理电源的电动势大小相由电源E、开关K、变电阻RC精密电阻RAB和毫安表组成的回路叫工作回路由RAB上有压降,当改变a
0、b0两触头的位置,就改变a
0、b0间的电位差Uab,就相当于可调电动势E0测量时把Uab引出与未知电动势EX比较由EX、KX和Raxbx组成的回路叫测量回路调节RC的大小,使工作回路中电流值I0和RAB的乘积I0RAB略大于ES和EX二者中大的一个RCAaXEa0ESRKSKb0GBbXGmA实验步骤1用线式电位差计测电池电动势EXKX
①联结线路按书中图3-10-4联电路,先联接工作回路,后联接测量回路正确联接测量回路的关键是正确联双刀双掷开关K2
②测量a调节RC使UAB≥EX,I0值调好后不许再变3-10-3电位差计原理图b将K2掷向ES一侧,将滑动触头从1逐一碰试,直到碰相邻插孔时检流计指针向不同方向摆动或指零,将a插入较小读数插孔,移动b′使检流计指零最后合上K3c将K2掷向EX,重复步骤(b)2UJ37箱式电位差计的校准和使用UJ37箱式电位计测量范围为1~103mV,准确度级别
0.1级,工作温度范围5℃~45℃
①校准先把检流计机械调零把四刀双掷扳键D扳向“标准”,调节工作电流直至检流计指零点
②测量校准完后,把待测电压接入未知,将未知电压开关扳向“ON”先粗调,后细调数据处理1次LS/mLS左=
4.6686LS右=
4.6690LS1=
4.6688LS左=
4.6689Lx/mLX左=
9.5350LX右=
9.5352LX1=
9.5351LX左=
9.5358E=LxE=
3.2004V23LS右=
4.6691LS2=
4.6690LS左=
4.6688LS右=
4.6673LS3=
4.6681LX右=
9.5360LX2=
9.5359LX左=
9.5355LX右=
9.5362LX3=
9.5359xLSS456平均值LS左=
4.6687LS右=
4.6691LS4=
4.6689LS左=
4.6684LS右=
4.6692LS5=
4.6688LS左=
4.6686LS右=
4.6690LS6=
4.6688LS=
4.6687LX左=
9.5364LX右=
9.5370LX4=
9.5367LX左=
9.5360LX右=
9.5370LX5=
9.5365LX左=
9.5378LX右=
9.5385LX6=
9.5382LX=
9.53641计算未知电动势Ex的平均值LxE=E=
3.2004VxLSS2计算未知电动势Ex的不确定度U
①计算直接测量量Ls的标准不确定度uu=LL∑−SiS2=
0.3mm;uB=8mm;Ann−12uA=LL∑−SiS1nn−22=
0.3mm;uB=8mm;u=uA+uB=
8.0056mm
②计算直接测量量的Lx的标准不确定度uu=LL∑xi−x2=
1.1mm;uB=12mm;A2nn−12u=uA+uB=
12.05mm
③Es的标准不确定度=uBu=∆仪3=
0.002VRCEK
④间接测量量Ex的标准不确定度ucucrelx=
0.38%;Ex的合成标准不确定度uc=ucrelEx=
0.012V
⑤Ex的扩展不确定度取包含因子k=2,Ex的扩展不确定度U为EXL1L2RG思考题图3-10-6思考题2附图U==kucx2ucx=
0.024VRXKS3结果表达式V=Ex=Ex+U
3.20±
0.02V;k=21按图3-10-4联好电路做实验时,有时不管如何调动a头和b头,检流计G的指针总指零,或总不指零,两种情况的可能原因各有哪些?2用电位差计可以测定电池的内阻,其电路如图3-10-6所示,假定工作电池EEX,测试过程中Rc调好后不再变动,RX是个准确度很高的电阻箱R是一根均匀的电阻丝L
1、L2分别为KX断开和接通时电位差计处于补偿状态时电阻丝的长LL度试证明电池EX的内阻r=1−2Rx(RX为已知)L
21.按图3-10-4联好电路做实验时,有时不管如何调动a头和b头,检流计G的指针总指零,或总不指零,两种情况的可能原因各有哪些答总指零的原因测量回路断路总不指零的原因
①E和Ex极性不对顶;
②工作回路断路;
③RAB上的全部电压降小于ES,Ex二者中小的一个图3-10-6思考题2附图
2.用电位差计可以测定电池的内阻,其电路如图3-10-6所示,假定工作电池E>Ex,测试过程中Rc调好后不再变动,Rx是个准确度很高的电阻箱R是一根均匀的电阻丝L
1、L2分别为Kx断开和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/L2]RxRx为已知证明设A为R上单位长度的电位差,Rx/r+RxEx=AL23Vx为K2的端电压,则有代入
(2)式得:Ex=AL11Vx=AL22而1式除3式,整理后得r=[L1-L2/L2]Rx
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,误差太大为了减少误差,采用图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和R2若AB的总电阻已知为r且R
1、R
2、r上的总电压为
1.1V,并设计AB11m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可取的最大值和最小值分别为多少用线电阻r表示答
①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=11a=
1.1mV,而回路电流应为I=VAB/r另一方面,由于IR1+R2+r=
1.1V,所以VAB/rR1+R2+r=
1.1V即VAB[R1+R2/r+1]=
1.1V所以R1+R2=[
1.1/VAB-1]r=
1.1/
0.0011-1r=999r
②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电热法测热功当量实验目的1学习用电热法测热功当量,即Q与W的比值2了解热学实验的特殊条件和基本方法3学会用修正中温的方法作散热修正实验方法原理将一电阻放入一定量的水中,电阻通电t秒,则电功为A=VIt,由电流的热效应,这些功将转化为参与热作工的换交=⋯Qcm++TT0m0+c1m1+c
220.46δV⋅f−0A,如没有热量散失到环境中去,必有热功当量J为J=QdT终温修正是将散失到环境中的热量的温度的形式补偿回来,依据牛顿冷却公式即dt=kT−θ而1T′−θk=t′lnfT0−θ,采用逆推的方法可以求到温度亏损+δT=dT1dT2⋯++dT15计算机中有现成计算程序引资利用实验步骤1先将温度传感器探头悬在空气中,直接读室温θ下的电阻值2用天平分别称量量热器内筒及内筒盛水后的质量3按图接好电路4再接通电源,立即开始搅拌,当温度高于室温后,听到报时器响声,即记录起始电阻值R0,然后每隔1分钟记一次电阻值,共记16次,然后断开电源5切断电源后,待温度不再升高后,开始记录降温的初始阻值R´0,之后每隔一分钟记录一次电阻值,共记16次数据处理δV=
1.30水吕内筒搅拌器铜电阻丝降温初
1.1261KΩ电压
4.90V比热容
1.
0000.
2102.10阻值
0.
0930.105降温终
1.1228KΩ电流
1.00A质量/g
142.
4523.
853.00阻值
23.
000.300降温时15min室
1.0905间温阻值KΩ升温R0R1R2R3R4R5R6R7R8阻
1.
10311.
10491.
10641.
10801.
10951.
11111.
11261.
11421.1157阻/R9R10R11R12R13R14R15KΩ降温
1.
11721.
11871.
12021.
12171.
12321.
12471.1262R0´R1´R2´R3´R4´R5´R6´R7´R8´阻
1.
12611.
12581.
12561.
12531.
12511.
12491.
12471.
12451.1243值/R9´R10´R11´R12´R13´R14´R15´KΩ
1.
12401.
12381.
12361.
12341.
12321.
12301.1228K
0.0061/minδT-
1.2039°C计算W/JQ/calJ
895.83△JE17值修正前
4410.
04.
92280.73580修正后
4410.
051077.
4.5734%
4.
09300.
09402.245005%
1.该实验所必须的实验条件与采用的实验基本方法各是什么系统误差的来源可能有哪些答实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化过程实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
①水的温度不均匀,用局部温度代替整体温度
②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
③温度,质量及电功率等物理量的测量误差
2.试定性说明实验中发生以下情况时,实验结果是偏大还是偏小1搅拌时水被溅出;答实验结果将会偏小水被溅出,即水的质量减少,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,但是由于水的质量减少,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+ΔT度用J=A/Q,有Q=(cimiT),J=A/[(T+△T)/mc],分母变大J变小2搅拌不均匀;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为均匀系统温度,温度计示值应为T-ΔT,用J=A/θ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+ΔT,分母变大,因而J变小3室温测得偏高或偏低答设θ0为室温,若测得值偏高Δθ时,测量得到的温度值为θ0+Δθ;偏低Δθ时,测量温度值为θ0-Δθ,在计算温度亏损时,dTi=kTi-θ,k是与是室温无关的量k与室温有关,只与降温初温和降温终温以及降温时间有关,测得室温偏高时,dTi=k[Ti-θ0+Δθ],每秒内的温度亏损dTi小于实际值,t秒末的温度亏损δTi=∑k[Ti-θ0+Δθ]此值小于实际值,由于散热造成的温度亏损δTi=Tf+Tf″,修正后的温度Tf″为Tf″=Tf-δTi,δTi为负值,当测量值低于实际室温时,δTi的绝对值变小Tf″=Tf+|δTi|,即Tf″变小,ΔT变小(其中ΔT=Tf″-Tf初,Tf初升温初始值),AJ==QA∑cimi∆TJ变大,反之J变小电表的改装和校正实验目的1掌握将微安表改装成较大量程的电流表和电压表的原理和方法2了解欧姆表的测量原理和刻度方法3学会绘制校准曲线的方法并对改装表进行校对实验方法原理设微安表头满量程是Ig内阻为Rg.1将表头并联一个分流阻值Rs改成量成为I的电流表,如图(a示,则有(I-Ig)Rs=IgRg,即Rs=Rg/n-1n=I/Ig2将微安表头串联一个分压电阻RH改成量程为Ud电压表,如图(b示,则有IgRg+RH=U即RH=U/Ig-Rg实验步骤1改装量程为5A电流表
①计算分流阻值Rs的理论值,负载电阻RL取1000Ω左右
②按图3-7-8连接电路,各部件摆放原则是方便于观擦与调节
③自查电路(线路的连接、标准表量程的选取、滑线变阻器初值的设定、各阻值的取值)
④校准电表首先进行满量程校正,然后进行逐点校正(完成数据表格)2改装电压表(程序与上面相同,电路图按3-7-10进行)数据处理改装表示值I/mA
0.
001.
002.
003.
004.
005.00标准表示值I0/mA差值=I0-I/mA减小时
1.03增加时
1.01平均
1.
020.
021.
992.
012.
000.
003.
023.
003.
010.
013.
983.
993.99-
0.
015.
005.
005.
000.00改装表示值U/V
0.
001.
002.
003.
004.
005.00标准表示值U0/V差值=U0-U/V减小时
1.02增加时
1.01平均
1.
020.
021.
981.
991.99-
0.
013.
013.
023.
020.
024.
024.
014.
010.
015.
005.
005.
000.
001.校正电流表时,如果发现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,如果发现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,如果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1I=Ig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,根据题意V12,当表V内阻为Rg、待测电阻为Rx时,V1VI=+RRgx=2Ig;根据欧姆表工作原理,当待测电阻Rx=0时,I=gRg即+RRgx=2Rg,因而可得Rx=Rg所以,欧姆表显示测Rx读数即为该欧姆表的内阻思考题1应调小因为表头过载,所以需要再分掉一部分多余的电流2应调小因为串联电路中电压的分配和阻值成正比3证明因为Ig=U/Rg+r而I=U/Rg+r+Rx所以当2I=Ig时即2U/Rg+r+Rx=U/Rg+r所以Rx=Rg+r证毕4由误差=量程×\u32423X别%,设改装表的级别为a′则5×a′%=δImax+5×
0.5%∴a′=
0.9,故该装电流表的级别为
1.0级示波器的原理和使用实验目的1了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理;2掌握模拟示波器和函数信号发生器的使用方法;3观察正弦、矩形、三角波等信号发生器的使用方法;4通过示波器观察李萨如图形,学会一种测量正弦振动频率的方法,并加深对互相垂直振动合成理论的理解实验方法原理1模拟示波器的基本构造示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描信号放大器、触发同步等几个基本部分组成2示波器显示波形原理如果只在垂直偏转板上加一交变正弦电压,则电子束的亮点随电压的变化在竖直方向上按正弦规律变化要想显示波形,必须同时在水平偏转板上加一扫描电压,使电子束所产生的亮点沿水平方向拉开3扫描同步当扫描电压的周期Tx是被观察周期信号的整数倍时,扫描的后一个周期扫绘的波形与前一个周期完全一样,荧光屏上得到清晰而稳定的波形,这叫做信号与扫描电压同步4多踪显示根据开关信号的转换频率不同,有两种不同的时间分割方式,即“交替”和“断续”方式5观察李萨如图形并测频率X方向切线对图形的切点数NxY方向切线对图形的切点数Nyππ3π=fyfx5π3π7π0实验步骤424π4242π1熟悉示波器各控制开关的作用,进行使用前的检查和校准频率相同位相不同时的李萨如图形2将信号发生器的输出信号连接到示波器的CH1或CH2,观察信号波形3用示波器测量信号的周期T、频率f、幅值U、峰-峰值Up-p、有效值Urms频率和幅值任选4观察李萨如图形和“拍”5利用多波形显示法和李萨如图形判别法观测两信号的相位差
①多波形显示法观测相位差
②李萨如图形判别法观测相位差数据处理1测量正弦信号峰峰值UP-P,周期T示波器测量值信号发生器显示值H=
4.0DIVV0/DIV=
0.5V/DIVUP-P=
2.0VU显=
2.0VL=
5.0DIVT0/DIV=20us/DIVT=
0.10msT显=
0.10msUpp−U显T−TEup−p=−U显=0ET=T00=02测量直流信号的幅度H=
5.8V0/DIV=
0.5V/DIV3测量相移x1/DIVx/DIV
5.
325.0U=
2.9VU显=
3.0Vθ=x1×360°x
76.32°
1.模拟示波器为何能显示高速变化的电信号轨迹?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(时间线性变化)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和荧光屏的余辉,便可以观测到信号的波形
2.在本实验中,观察李萨如图形时,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,屏上的图形是什么情况?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,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超声波声速的测量实验目的1进一步熟悉示波器的基本结构和原理2了解压电换能器的功能,加深对驻波及振动合成等理论知识的理解3学习几种测定声波传播速度的原理和方法4通过时差法对声波传播速度的测量,了解声纳技术的原理及其重要的实用意义实验方法原理声波是一种弹性媒质中传播的纵波,波长、强度、传播速度等是声波的重要参数,超声波是频率大于20kH的机械波,本实验利用声速与振动频率f和波长λ之间的关系v=λf来测量超声波在空气中的传播速度SV5型声速测量组合实验仪(含专用信号源),可以做时差法测定超声波传播速度的实验;配以示波器可完成利用共振干涉法,双踪比较法和相应比较法测量声速的任务本声速测量仪是利用压电体的逆压电效应而产生超声波,利用正压电效应接收超声波,测量声速的四种实验方法如下(由于声波频率可通过声源的振动频率得出,所以测量声波波长是本实验主要任务)
(1)李萨如图形相位判别法频率相同的李萨如图形随着Δφ的不同,其图形的形状也不同,当形状为倾斜方向相同的直线两次出现时,Δφ变化2π,对应接受器变化一个波长
(2)共振法由发射器发出的平面波经接受器发射和反射器二次反射后,在接受器与发射器之间形成两列传播方向相同的叠加波,观察示波器上的图形,两次加强或减弱的位置差即为波形λ
(3)双踪相位比较法直接比较发信号和接收信号,同时沿传播方向移动接受器位置,寻找两个波形相同的状态可测出波长
(4)时差法测出脉冲声速传播距离X和所经历时间t便可求得声速实验步骤1李萨如图形相位比较法转动声速测量组合实验仪的距离调节鼓轮,观察波形当出现两次倾斜方向相同的倾斜直线时,记录这两次换能器的位置,两次位置之差为波长2共振法移动声速测量仪手轮会发现信号振幅发生变化,信号变化相邻两次极大值或极小值所对应的接受器移动的距离即是λ/2,移动手轮,观察波形变化,在不同位置测6次,每次测3个波长的间隔3比较法使双通道两路信号双踪显示幅度一样,移动手法会发现其中一路在移动,当移动信号两次与固定信号重合时所对应的接收器移动的距离是λ,移动手轮,观察波形变化,多记录几次两路信号重合时的位置,利用逐差法求波长4时差法转动手轮使两换能器的距离加大,每隔10mm左右记录一次数据xi和ti根据公式获得一系列vi后,可以利用逐差法求得声速v的平均值υ数据处理1李萨如图形相位比较法温度=
20.8℃信号发生器显示频率=
37.003kHz接受器位置序号接受器位置坐标
055.
40164.
53273.
94383.
40492.
655101.90/mm接受器位置序号接受器位置坐标/mmxj=x+6−xx
6111.
3055.
909.
327120.
6856.
159.
368129.
9556.
019.
349139.
2555.
859.
3110148.
6055.
959.
3311158.
0656.
169.36λi=i615−32λλ=Σ=×
9.3410λ==m;vf
3.4561×10/6j=02共振法jms温度=
20.8℃信号发生器显示频率=
37.012kHz次数1234561接受器记录
48.
2076.
28104.
40132.
41160.
59188.696被测数
76.
28104.
40132.
41160.
59188.
69216.72被测λ数n333333x=a1−a
228.
0828.
1228.
0128.
1828.
1028.03/mmλ=x/n/mmλ
9.
369.
379.
349.36×10-
39.
399.
379.34其中λ=Σλi=6i=1×
9.3610−3m;v=λ=
3.4649×102/vfms3比较法温度=
20.8℃信号发生器显示频率=
37.015kHz接受器位置序号012345接受器位置坐标
57.65接受器位置序号6接受器位置坐标
114.06/mm
67.
047123.
5076.
388132.
7786.
759142.
2695.
1210151.
58104.
5911161.09xj=xi+6−xi
56.
4156.
4656.
3955.
5156.
4656.5015λj6jj=Σλ=04时差法
9.
409.
419.
409.
259.
419.42温度=
20.8℃信号发生器显示频率=
37.032kHz接收器位置序号i012345接收器位置坐标xi/mm
56.
8566.
8076.
8086.
8096.
80106.80脉冲传播时间ti/us接收器位置序号i34763777407843494651049111接收器位置坐标xi/mm
116.
80126.
80136.
80146.
80156.
80166.80脉冲传播时间ti/us+−−xixi522551579606635663vj=6ti+6−ti/ms
1342.
57344.
83348.
84348.
84352.
94348.84υ=15Σ=×2j=υj
603.478110mm/s5环境温度为T℃时的声速ν=νoT1+=T×+
331.
51.
208.=
343.89m/so6不确定度的计算及实验结果1527315λ=Σλ=−3νfλ26j=0j
9.38×10m;==
3.4720×10m/sλΣλ−λi2−6uA=nn−1=
6.83×10muB=1×10−5m
221.21×10−5muλ=uAλ+uBλ=uf=uBf=5×10−4×
37.003×103+1=
19.502Hzλ2[uλ]+[u2ucvf=⋅⋅λf]=
37.003×103×
9.34×10−3×
1.3986×10−3=
0.4834m/s取k=2,则U=2ucv=
0.9668m/sv=v+v=
345.61±
0.97m/s
1.示波器在使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原因造成的答在示波器的使用过程中,上述现象经常出现,造成这一现象的原因很多,大致可归纳为
①示波器接地(GND)(测量时接地按键GND应该弹起);
②衰减开关VOLTS/DIV选择过大(测量时可先选择小些);
③信号发生器输出过小或没有输出;
④信号发生器输出直流信号;
⑤在信号的传输中,导线或接头接触不良,也可造成该现象;
⑥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,要求使用者在使用前一定认真阅读教材
2.在测量声速时,Y1CH1的输入信号,由于示波器的Y轴放大器、压电转换器、联接线路的相移等原因并不与声波的位相相同,这对于观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2π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实验讲义上共列出了三种测量方法
①李萨如图相位比较法,
②共振法,
③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,同时便于对知识的温新和巩固,对于示波器的使用以及学生动手能力和思考问题的培养,不失是一种较好的途径,但操作比较繁;对于共振法,判断相对要困难一些,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准确,但只要认真操作,误差也不会太大迈克耳逊干涉仪实验目的1了解迈克耳逊干涉仪的结构、原理及调节方法2观察点光源的等倾干涉图样,用He-Ne激光器校准干涉仪的精密丝杠
(3)观察白光干涉图样,利用白光干涉测定透明薄膜的厚度实验方法原理1仪器的结构原理如右上图,从光源S发出的光,经透镜扩束后射至分束板G1上,一部分被反射,一部分被透射,然后被相互垂直的两平面镜M1和M2反射后经G1而在屏E处相遇,形成干涉条纹2产生干涉的等效光路′′如右下图,干涉现象可以看作是光源在M1和M2´\u21453X射镜中的虚光源和相干涉的结果所以倾角为θ时由S1´\u21644XS2´\u21457X出的相干光的光程差δ=n02dcosθ≈2dcosθn0≈13单色点光源产生的干涉1当δ=kλ(k为整数)时为明条纹,而δ=k+λ2时为暗条纹δ=2d光程差最大,δ随θ增加而减小,且θ相同点光程差δ也相同,因此屏上干涉条纹是一些同心圆环,越靠近环心条纹的级次越大这种干涉是由光源发出的倾角相同的光干涉的结果,故称等倾干涉当增加时,第k级条纹倾角θ必增大,在屏上将看到条纹从圆心向外“涌出”,反之“缩进”每当d改变λ/2时,就从圆心“涌出”或“缩进”一个条纹4等厚干涉、白光干涉当光源为面光源,M1与M2´\u26377X微小角度时,形成空气尖,发生等厚干涉条纹是一些平行M1与M2´\u20132X线的直线条纹间距与夹角呈反比若用白光照射,可以直接在M1的反射面上观察到彩色条纹实验步骤1用He-Ne激光器调节迈克耳逊干涉仪,校准精密丝杠
①转动干涉仪粗调手轮,使M1位置适当,调节M2背面的调节螺丝,使每个螺丝的位置适中,调节M2镜架下的拉簧螺丝也使他们处于适中位置ss12=2d当
②打开激光器电源开关,让激光束射向M2中部,使激光返回光点在在激光器出射口附近反射光线和投射光线在M1和M2中部
③调节M2背面的螺丝,使屏E上两排光点对应重合,并可在重合光点内看到干涉条纹
④用透镜使激光扩束,调整扩束镜使扩束后的激光射到分束板上,在观察屏上就会出现明显的干涉条纹若干涉条纹的圆心在视场之外,可轻微调整M2背面的螺丝使环心向视场趋近
⑤沿同方向转动微调股轮,使条纹缩进或涌出,记录M1的初始位置,然后每变化50条记录一次M1的位置,连初始位置共测8次2用白光干涉的彩色条纹测定透明薄膜的厚度
①在前一步实验的基础上,转粗调手轮使M1从M2´\u30340X外部向M2´\u38752X近,同时配合调节M2背面的螺丝和下部的拉簧螺钉,直到条纹变宽变稀,视场中仅能容纳一条甚至不到一条条纹为止
②将毛玻璃放到分束板旁且垂直于激光束,放下观察屏,白织灯透过毛玻璃照射到分束板上眼睛盯住平面镜M1,转动微调鼓轮使M1继续从M2´\u22806X部向M2´\u38752X近,可见条纹向凹侧移动,直到视场中部条纹快变直时就能观察到白光干涉的彩色条纹.此时记录M1的位置x1然后在M1前与M1平行放入透明薄膜必须继续沿原方向转动微调鼓轮才能再次出现彩色条纹在此读取M1位置x
2.重复测量6次数据处理条纹变化数与其对应坐标值记录表条纹变化数050100150200250300350M1位置x/mm
32.
1607432.
1766832.
1926232.
2084632.
2243032.
2407132.
2560432.27202变化100条M1应移动的理论长度d=50λ=50×650=
3.25×10-2mm变化100条M1移动的实际程度为xxxd′=4−x0+x5−x1+x6−x2+−734×2=
3.18×10-2mmEd=−′ddd=-
0.35%测定薄膜测量记录次M1位置/mm∆di=|x1−x2|平均修正后数123x
130.
8336530.
8339130.83372x
230.
8151030.
8160030.81580/mm
0.
018550.
017910.01792∆d/mm∆d=/mm∆d+Ed∆d
45630.
8336030.
9428130.
942606230.
8150830.
9249130.
924600.
018520.
017900.
018000.
0181330.018070∑∆d−∆diuAd∆=i=1=mm2nn−
120.00013uB∆d=
0.0002mm−1⎛n⎞d∆=u∆+∆d=
0.00024mmS=∆d⎜⎟−1=
0.0333670mmuAduB−1⎛n⎞⎜⎝n0⎟⎠ucS∆=⎜−⎟1u∆d=
0.0006mmU=2uc∆S=
0.0012mm⎜n⎟⎝0⎠S=S±U=
0.033±
0.001mmk=
21.这里观察到的环形干涉条纹,从外观上看,与牛顿环有哪些相似之处从产生的原因和由内向外级次的变化来看有何不同答从外观上看都是同心园环,而牛顿环是等厚干涉,这里是等倾干涉,牛顿环是低级次的干涉条纹在中心,越外级次越高,而迈氏干涉正相反
2.在M1如图3-14-4所示的移动过程中,将看到条纹的疏密和运动情况有何变化答从密到疏,从疏到密,从条纹向环心缩进到从环心向外涌出
3.白光照射下,M1在G1和M2′之间并逐渐向M2′移动过程中,能否观察到彩色干涉条纹可否用这种做法来测量薄膜厚度为什么答能观察到,但是在实际测量中,一般不采用这种做法,原因是对初学者而言,由于实验经验等因素,非常容易产生回程误差,给实验结果带来影响金属丝弹性模量的测量实验目的1掌握光杠杆放大法测微小长度变化量的原理2学会测量弹性模量的方法3学会使用逐差法处理数据实验方法原理金属柱体长L,截面积为S,沿柱的纵向施力F1,物体伸长或F/S为ΔL,则弹性模量Y=由于ΔL甚小,需要用光杠杆∆L/L后才能被较准确的被测量开始时平面镜M的法线on在水平位置,标尺H上的刻度no光通过平面镜反射,no的像在望远镜中被观察到加砝码时,金伸长ΔL,光杠杆后足下落ΔL,平面镜转过一个α角,此时标尺线经平面镜反射在望远镜中被观察到根据几何关系∆L∆nb光杠杆放大原理图缩短放大发出属丝上刻tanα=btan2α=D∆L=2D∆n因而,Y=实验步骤8FLDδπd2bn由∆L=bD2∆n可知,光杠杆的放大倍数为2Db
1.弹性模量测定仪的调节1左右观察与调节2上下观察与调节3镜内观察与调节4视差的检测与排除
2.加减砝码测量
3.钢丝长度的测量
4.钢丝直径的测量
5.光杠杆足间距的测量数据处理单次测量数据处理表测量值N不确定度u=uBu/NN±uL/mmD/mmb/mm
726.
01765.
077.5±2±4±
0.
90.
00280.
00230.0116726±21765±
477.5±
0.9次数n12钢丝直径d数据处理表3456dUB/mmdi/mmΔdi=
0.
7040.
7040.
7050.
7040.
7050.
7020.
7040.004di-d/mm0n
00.
001020.
0010.0022du=
0.0057±d=dudΣ2∆diud=uAd+uBdmmuAdi1==−
10.mm=002=
0004.mmd=
0.704±
0.004砝码质量/kg加码读数0nn标度尺示数及数据处理
1.
002.
003.
004.
005.
006.
007.
008.
009.
0010.
011.0n/mm0加码读数
4.
39.
013.
017.
022.
426.
030.
034.
038.
042.
046.0n//mm
0.
54.
59.
212.
817.
322.
626.
230.
634.
438.
342.
446.0平均值ni/mm
0.
254.
49.
112.
917.
222.
526.
130.
334.
238.
242.
246.0δni=ni+6−ni/mm16δ
25.
825.
925.
125.
325.
124.5=Σ=
25.266δni=1ni∆δni=δni−δn/mm
0.
490.64uB=
0.3/mm-
0.16-
0.01-
0.11-
0.7616=Σ∆δni2=
0.15uAn30i=18FLDu=uA2+uB2=
0.8−3×−3unδn=
0.012Y==8×6×
9.808×726×10×176510=11Nm22−6−3−
31.979×10/uπdbδn××
3.142×
0.70410××
77.510×
25.2610Y=uF2+u2+u2+2ud2+ub2+uδn2=
0.0205YFLDdbδnY⋅uY标准不确定度为uY=Y=
0.0401×1011N/m2扩展不确定度为U=Y2u=
0.08×1011N/2m所以结果表达式为±Y=YU=
1.98±
0.08×1011N/m
21.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化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,怎样判断与消除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,细调调焦手轮可消除视差
3.为什么要用逐差法处理实验数据答逐差法是实验数据处理的一种基本方法,实质就是充分利用实验所得的数据,减少随机误差,具有对数据取平均的效果因为对有些实验数据,若简单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化的情况,常把数据分成两组,两组逐次求差再算这个差的平均值随机误差的统计规律实验目的1通过一些简单测量,加深对随机误差统计规律的认识2学习正确估算随机误差、正确表达直接测量结果的一般方法3了解运用统计方法研究物理现象的简单过程实验方法原理对某一物理量在相同条件下进行n次重复测量n100得到n个结果x1x2⋯xn先找出它的最小值和最大值,然后确定一个区间[x′x′],使这个区间包含了全部测量数据将区间[x′x′]分成若干个小区间,比如Kx′−x′个,则每个小区间的间隔∆为∆=K,统计测量结果出现在各个小区间的次数M称为频数以测量数据为横坐标,只需标明各区间的中点值,以频数M为纵坐标,画出各小区间及其对应的频数高度,则可得到一组矩形图,这就是统计直方图直方图的包络表示频数的分布,它反映了测量数据的分布规律,也即随机误差的分布规律实验步骤1用钢卷尺测量摆线长2用游标卡尺测量摆球直径3当摆长不变,摆角小于5o保持一定时,摆动的周期是一个恒量,用数字秒表测量单摆的周期至少100次,计算测量结果的平均值T和算术平均值的标准差Sx4保持摆长不变,一次测量20个以上全振动的时间间隔,算出振动周期数据处理
2.
072.
122.
122.
002.
222.
112.
432.
122.
221.
912.
182.
032.
062.
282.
162.
102.
032.
091.
941.
901.
992.
001.
982.
002.
062.
252.
161.
992.
042.
132.
162.
012.
222.
192.
121.
941.
912.
042.
102.
222.
162.
032.
062.
032.
311.
942.
122.
192.
131.
811.
992.
032.
282.
062.
062.
162.
002.
092.
121.
971.
932.
062.
112.
132.
122.
162.
132.
132.
122.
052.
062.
122.
112.
072.
042.
092.
092.
072.
102.
002.
231.
842.
062.
132.
122.
172.
002.
002.
112.
222.
092.
062.
181.
912.
032.
232.
192.
352.
122.07小区间
1.811~
1.
8721.872~
1.934小区间中点值
1.
8411.093频数M25相对频数M/n
0.
020.
051.934~
1.
9961.996~
2.
0582.058~
2.
1202.120~
2.
1822.182~
2.
2442.244~
2.
3062.306~
2.
3682.368~
2.
4301.
9652.
0272.
0892.
1512.
2132.
2752.
3372.39981834198321d
0.
080.
180.
340.
190.
080.
030.
020.01l=
0.990md=
0.03364m20T′=
40.44s100∑xi=L=l+=
21.00682mM40T=i1=
1001002.051s230Sx=∑xi−xi=1nn−=.0006724s201T=T±2Sx=
2.05±
0.01sT′=
40.44=
2.022s
202101.
8411.
9031.
9652.
0272.
0892.
1512.
2132.
2752.
3372.399单摆周期统计直方图xgT4=π2L=ms
9.2910/2gT′=T4πT′22L=ms
9.5594/22g0=
9.80891m/sg−gET=Tg00×100%=
5.28%g−gET=T′0×100%=
2.54%g
01.什么是统计直方图什么是正态分布曲线两者有何关系与区别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,找出它的最大值和最小值,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,即统计直方图如果测量次数愈多,区间愈分愈小,则统计直方图将逐渐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.如果所测得的一组数据,其离散程度比表中数据大,也就是即Sx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,根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,对测量数据取和求平均,正负误差几乎相互抵消,各误差的代数和趋于零
3.测量凹透镜焦距f和实验室给出的f0,比较后计算出的E值(相对误差)一般比较大,试分析E大的原因答E较大的原因可能是因为放入凹透镜后所成像的清晰度很难确定,即像的聚焦情况不好,从而导致很难测出清晰成像的位置
4.在测量凸透镜的焦距时,可以利用测得的多组u、v值,然后以u+v作纵轴,以u·v作横轴,画出实验曲线根据式3-15-1事先推断一下实验曲线将属于什么类型,怎样根据这条曲线求出透镜的焦距fuυf=+答曲线是直线,可根据直线的斜率求出f,f=1/k,因为1/f=1/u+1/v,即uυ,故可有f=1/k
5.测量凸透镜的焦距时,可以测得多组u、v值,以v/u即像的放大率作纵轴,以v作横轴,画出实验曲线试问这条实验曲线具有什么形状怎样由这条曲线求出透镜的焦距f答曲线是直线,在横轴上的截距就是f实验一霍尔效应及其应用【预习思考题】1.列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位霍尔系数,载流子浓度,电导率,迁移率2.如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型?以根据右手螺旋定则,从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压为正,则样品为P型,反之则为N型3.本实验为什么要用3个换向开关?为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电流及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关总之,一共需要3个换向开关【分析讨论题】1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(
5.2-5)测出的霍尔系数比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行?若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源?误差来源有测量工作电流的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等实验二声速的测量【预习思考题】
1.如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定?答缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度
2.压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的?答压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应反之,如果在压电材料上加交变电场,材料会发生机械形变,这被称为逆压电效应声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应,压电陶瓷环片在交变电压作用下,发生纵向机械振动,在空气中激发超声波,把电信号转变成了声信号换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应,空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变,从而产生电场,把声信号转变成了电信号【分析讨论题】
1.为什么接收器位于波节处,晶体管电压表显示的电压值是最大值?答两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波其驻波方程为A(x)为合成后各点的振幅当声波在媒质中传播时,媒质中的压强也随着时间和位置发生变化,所以也常用声压P描述驻波声波为疏密波,有声波传播的媒质在压缩或膨胀时,来不及和外界交换热量,可近似看作是绝热过程气体做绝热膨胀,则压强减小;做绝热压缩,则压强增大媒质体元的位移最大处为波腹,此处可看作既未压缩也未膨胀,则声压为零,媒质体元位移为零处为波节,此处压缩形变最大,则声压最大由此可知,声波在媒质中传播形成驻波时,声压和位移的相位差为令P(x)为驻波的声压振幅,驻波的声压表达式为波节处声压最大,转换成电信号电压最大所以接收器位于波节处,晶体管电压表显示的电压值是最大值
2.用逐差法处理数据的优点是什么?答逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法,是对等间隔变化的被测物理量的数据,进行逐项或隔项相减,来获得实验结果的数据处理方法逐差法进行数据处理有很多优点,可以验证函数的表达形式,也可以充分利用所测数据,具有对数据取平均的效果,起到减小随机误差的作用本实验用隔项逐差法处理数据,减小了测量的随机误差实验三衍射光栅【预习思考题】
1.如何调整分光计到待测状态答
(1)调节望远镜适合接收平行光,且其光轴垂直于仪器中心轴;
(2)平行光管能发出平行光,且其光轴垂直于仪器中心轴;
(3)载物台的台面垂直于仪器中心轴
2.调节光栅平面与入射光垂直时,为什么只调节载物台调平螺钉b、c,而当各级谱线左右两侧不等高时,又只能调节载物台调平螺钉a?答调节光栅平面与入射光垂直时,光栅放在载物台调平螺钉b、c的垂直平分线上,望远镜和平行光管已调好,调节载物台调平螺钉a不能改变光栅面与入射光的夹角,只能调节螺钉b或c使光栅面反射回来的“+”字像与分划板上“”形叉丝的上十字重合,此时光栅平面与入射光垂直当各级谱线左右两侧不等高时,说明光栅刻线与载物台平面不垂直,调节b、c破坏入射光垂直光栅面,只调节a即可使各级谱线左右两侧等高【分析讨论题】
1.利用本实验的装置如何测定光栅常数?答与实验步骤一样,调出光谱线,已知绿光波长m,测量一级()绿光衍射角,根据光栅方程,可计算出光栅常数d
2.三棱镜的分辨本领b是三棱镜底边边长,一般三棱镜约为1000cm-1问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨率?解已知实验测得=27000,cm-1求b由得b=cm答略实验四多用电表的设计与制作【分析讨论题】1.校准电表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高或偏低,即总向一个方向偏,试问这是什么原因造成的?欲使有正有负(合理偏向)应采取什么措施?分流电阻或分压电阻的阻值不符合实际情况,导致读数都偏高或偏低欲使有正有负(合理偏向)应选择合适的分流电阻或分压电阻2.证明欧姆表的中值电阻与欧姆表的内阻相等满偏时(因Rx=0)半偏时可得中值电阻综合内阻实验五迈克耳孙干涉仪的调整与使用【预习思考题】1.迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的?答迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的2.迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产生的?条纹形状如何?随M
1、M2’的间距d如何变化?答
(1)等倾干涉条纹的产生通常需要面光源,且M
1、M2’应严格平行;等厚干涉条纹的形成则需要M
1、M2’不再平行,而是有微小夹角,且二者之间所加的空气膜较薄
(2)等倾干涉为圆条纹,等厚干涉为直条纹
(3)d越大,条纹越细越密;d越小,条纹就越粗越疏3.什么样条件下,白光也会产生等厚干涉条纹?当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,M
1、M2’两镜子的位置成什么关系?答白光由于是复色光,相干长度较小,所以只有M
1、M2’距离非常接近时,才会有彩色的干涉条纹,且出现在两镜交线附近当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,说明M
1、M2’已相交【分析讨论题】1.用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同?答二者虽然都是圆条纹,但牛顿环属于等厚干涉的结果,并且等倾干涉条纹中心级次高,而牛顿环则是边缘的干涉级次高,所以当增大(或减小)空气层厚度时,等倾干涉条纹会向外涌出(或向中心缩进),而牛顿环则会向中心缩进(或向外涌出)2.想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率?答首先将仪器调整到M
1、M2’相交,即视场中央能看到白光的零级干涉条纹,然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中(主要是为了避免空程差),继续向原方向移动M1镜,直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时,记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N,根据,即可求出n实验六用牛顿环法测定透镜的曲率半径【预习思考题】1.白光是复色光,不同波长的光经牛顿环装置各自发生干涉时,同级次的干涉条纹的半径不同,在重叠区域某些波长的光干涉相消,某些波长的光干涉相长,所以牛顿环将变成彩色的2.说明平板玻璃或平凸透镜的表面在该处不均匀,使等厚干涉条纹发生了形变3.因显微镜筒固定在托架上可随托架一起移动,托架相对于工作台移动的距离也即显微镜移动的距离可以从螺旋测微计装置上读出因此读数显微镜测得的距离是被测定物体的实际长度4.
(1)调节目镜观察到清晰的叉丝;
(2)使用调焦手轮时,要使目镜从靠近被测物处自下向上移动,以免挤压被测物,损坏目镜
(3)为防止空程差,测量时应单方向旋转测微鼓轮5.因牛顿环装置的接触处的形变及尘埃等因素的影响,使牛顿环的中心不易确定,测量其半径必然增大测量的误差所以在实验中通常测量其直径以减小误差,提高精度6.有附加光程差d0空气膜上下表面的光程差=2dk+d0+产生k级暗环时=2k+1/2,k=012…暗环半径rk=;则Dm2=m—d0R,Dn2=n—d0R,R=【分析讨论题】1.把待测表面放在水平放置的标准的平板玻璃上,用平行光垂直照射时,若产生牛顿环现象,则待测表面为球面;轻压待测表面时,环向中心移动,则为凸面;若环向中心外移动,则为凹面 2.牛顿环法测透镜曲率半径的特点是实验条件简单,操作简便,直观且精度高 3.参考答案若实验中第35个暗环的半径为a其对应的实际级数为ka2=kRk==2d35++d0=2k+1k=012…d=实验七 传感器专题实验电涡流传感器【预习思考题】1.电涡流传感器与其它传感器比较有什么优缺点?这种传感器具有非接触测量的特点,而且还具有测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响、结构简单及安装方便等优点缺点是电涡流位移传感器只能在一定范围内呈线性关系2.本试验采用的变换电路是什么电路本实验中电涡流传感器的测量电路采用定频调幅式测量电路【分析讨论题】1.若此传感器仅用来测量振动频率,工作点问题是否仍十分重要?我们所说的工作点是指在振幅测量时的最佳工作点,即传感器线性区域的中间位置若测量振幅时工作点选择不当,会使波形失真而造成测量的误差或错误但仅测量频率时波形失真不会改变其频率值所以,仅测量频率时工作点问题不是十分重要2.如何能提高电涡流传感器的线性范围?一般情况下,被测体导电率越高,灵敏度越高,在相同的量程下,其线性范围越宽线性范围还与传感器线圈的形状和尺寸有关线圈外径大时,传感器敏感范围大,线性范围相应也增大,但灵敏度低;线圈外径小时,线性范围小,但灵敏度增大可根据不同要求,选取不同的线圈内径、外径及厚度参数霍尔传感器【预习思考题】1.写出调整霍尔式传感器的简明步骤
(1)按图
6.2-6接线;
(2)差动放大器调零;
(3)接入霍尔式传感器,安装测微头使之与振动台吸合;
(4)上下移动测微头±4mm,每隔
0.5mm读取相应的输出电压值2.结合梯度磁场分布,解释为什么霍尔片的初始位置应处于环形磁场的中间在环形磁场的中间位置磁感应强度B为零由霍尔式传感器的工作原理可知,当霍尔元件通以稳定电流时,霍尔电压UH的值仅取决于霍尔元件在梯度磁场中的位移x,并在零点附近的一定范围内存在近似线性关系【分析讨论题】 1.测量振幅和称重时的作用有何不同?为什么?测量振幅时,直接测量位移与电压的关系要求先根据测量数据作出U~x关系曲线,标出线性区,求出线性度和灵敏度称重时测量电压与位移的关系,再换算成电压与重量的关系振动台作为称重平台,逐步放上砝码,依次记下表头读数,并做出U~W曲线在平台上另放置一未知重量之物品,根据表头读数从U~W曲线中求得其重量 2.描述并解释实验内容2的示波器上观察到的波形交流激励作用下其输出~输入特性与直流激励特性有较大的不同,灵敏度和线性区域都发生了变化示波器上的波形在振幅不太大时为一正弦波若振幅太大,超出了其线性范围,则波形会发生畸变试验八铁磁材料磁滞回线的测绘【预习思考题】
1.测绘磁滞回线和磁化曲线前为何先要退磁?如何退磁?答由于铁磁材料磁化过程的不可逆性即具有剩磁的特点,在测定磁化曲线和磁滞回线时,首先必须对铁磁材料预先进行退磁,以保证外加磁场H=0时B=0退磁的方法,从理论上分析,要消除剩余磁感应强度Br,只需要通以反向电流,使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽力即可,但实际上矫顽力的大小通常并不知道,则无法确定退磁电流的大小常采用的退磁方法是首先给要退磁的材料加上一个大于(至少等于)原磁化场的交变磁场(本实验中顺时针方向转动“U选择”旋钮,令U从0依次增至3V),铁磁材料的磁化过程是一簇逐渐扩大的磁滞回线然后逐渐减小外加磁场,(本实验中逆时针方向转动旋钮,将U从最大值依次降为0),则会出现一簇逐渐减小而最终趋向原点的磁滞回线当外加磁场H减小到零时,铁磁材料的磁感应强度B亦同时降为零,即达到完全退磁
2.如何判断铁磁材料属于软、硬磁性材料?答软磁材料的特点是磁导率大,矫顽力小,磁滞损耗小,磁滞回线呈长条状;硬磁材料的特点是剩磁大,矫顽力也大,磁滞特性显著,磁滞回线包围的面积肥大【分析讨论题】
1.本实验通过什么方法获得H和B两个磁学量?简述其基本原理答本实验采用非电量电测技术的参量转换测量法,将不易测量的磁学量转换为易于测量的电学量进行测定按测试仪上所给的电路图连接线路,将电压UH和UB分别加到示波器的“x输入”和“y输入”,便可观察到样品的磁滞回线,同时利用示波器测绘出基本磁化曲线和磁滞回线上某些点的UH和UB值根据安培环路定律,样品的磁化场强为L为样品的平均磁路根据法拉弟电磁感应定律,样品的磁感应强度瞬时值由以上两个公式可将测定的UH和UB值转换成H和B值,并作出H~B曲线【实验仪器】
2.铁磁材料的磁化过程是可逆过程还是不可逆过程?用磁滞回线来解释答铁磁材料的磁化过程是不可逆过程铁磁材料在外加磁场中被磁化时,外加磁场强度H与铁磁材料的磁感应强度B的大小是非线性关系当磁场H从零开始增加时,磁感应强度B随之以曲线上升,当H增加到Hm时,B几乎不再增加,达到饱和值Bm,从O到达饱和状态这段B-H曲线,称为起始磁化曲线当外加磁场强度H从Hm减小时,铁磁材料的磁感应强度B也随之减小,但不沿原曲线返回,而是沿另一曲线下降当H下降为零时,B不为零,仍保留一定的剩磁Br,使磁场反向增加到-Hc时,磁感应强度B下降为零继续增加反向磁场到-Hm,后逐渐减小反向磁场直至为零,再加上正向磁场直至Hm,则得到一条闭合曲线,称为磁滞回线从铁磁材料的起始磁化曲线和磁滞回线可以看到,外加磁场强度H从Hm减小到零时的退磁曲线与磁场H从零开始增加到Hm时的起始磁化曲线不重合,说明退磁过程不能重复起始磁化过程的每一状态,所以铁磁材料的磁化过程是不可逆过程实验九 用动态法测定金属棒的杨氏模量【预习思考题】1.试样固有频率和共振频率有何不同,有何关系固有频率只由系统本身的性质决定和共振频率是两个不同的概念,它们之间的关系为式中Q为试样的机械品质因数一般悬挂法测杨氏模量时,Q值的最小值约为50,所以共振频率和固有频率相比只偏低
0.005%,故实验中都是用f共代替f固,2.如何尽快找到试样基频共振频率测试前根据试样的材质、尺寸、质量,通过(
5.7-3)式估算出共振频率的数值,在上述频率附近寻找【分析讨论题】1.测量时为何要将悬线吊扎在试样的节点附近?理论推导时要求试样做自由振动,应把线吊扎在试样的节点上,但这样做就不能激发试样振动因此,实际吊扎位置都要偏离节点偏离节点越大,引入的误差就越大故要将悬线吊扎在试样的节点附近2.如何判断铜棒发生了共振可根据以下几条进行判断
(1)换能器或悬丝发生共振时可通过对上述部件施加负荷例如用力夹紧,可使此共振信号变小或消失
(2)发生共振时,迅速切断信号源,观察示波器上李萨如图形变化情况,若波形由椭圆变成一条竖直亮线后逐渐衰减成为一个亮点,即为试样共振频率
(3)试样发生共振需要一个孕育的过程,切断信号源后信号亦会逐渐衰减,它的共振峰宽度较窄,信号亦较强试样共振时,可用尖嘴镊子纵向轻碰试样,这时会按图
5.7-1的规律发现波腹、波节
(4)在共振频率附近进行频率扫描时,共振频率两侧信号相位会有突变导致李萨如图形在Y轴左右明显摆动。