大學物理試驗復習思考題大部分答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——大學物理試驗復習思考題大部分答案《大學物理試驗B》復習思考題

第一章誤差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基本知識

1、誤差的概念，誤差的分類。

物理試驗離不開對物理量的測量，測量有直接的，也有間接的。由于儀器、試驗條件、環(huán)境等因素的限制，測量不可能無限確切，物理量的測量值與客觀存在的真實值之間總會存在著一定的差異，這種差異就是測量誤差。

誤差分為：

（一）系統(tǒng)誤差包含：儀器誤差、儀器零位誤差、理論和方法誤差、環(huán)境誤差和人為誤差等。

（二）過失誤差

過失誤差，指試驗者使用儀器的方法不正確，試驗方法不合理，馬虎大意，過度疲乏，讀錯、記錯數(shù)據(jù)等引起的誤差。只要試驗者采取嚴肅認真的態(tài)度，就可以消除這種誤差。

（三）偶然誤差（又叫隨機誤差）

2、測量不確定度的概念是什么？如何對測量不確定度進行評定？怎樣對測量結(jié)果進

行報道？

uA(x)?Sx?Sxn?(xi?x)2?i?1nn(n?1)

uB(x)??儀??儀C

22uC(x)?u(x)2A?u(x)B?(Sx)?(?儀3)2（p=68.3%）

3、測量結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)是如何確定的？

（1）不確定度的位數(shù)一般只取一位（而且只入不舍），若首位是1時可取兩位。相對不確定度為百分之幾，一般也只取一、兩位。

（2）不確定度決定了測量結(jié)果有效數(shù)字的位數(shù)，即測量結(jié)果的有效數(shù)字最終一位應(yīng)與不確定度所在位對齊；若不確定度取兩位，則測量結(jié)果有效數(shù)字的末位和不確定度末位取齊。

（3）有效數(shù)字尾數(shù)舍入規(guī)則：尾數(shù)“小于五則舍，大于五則入，等于五湊偶〞，這種舍入法則使尾數(shù)舍與入的概率一致。

（4）同一個測量值，其精度不應(yīng)隨單位變換而改變。

4、作圖法是如何處理數(shù)據(jù)的？（1）作圖規(guī)則

①作圖一定要用坐標紙；②畫坐標紙大小和確定坐標軸分度；③畫出坐標軸；④數(shù)據(jù)點；⑤連線；⑥標注圖名.（2）圖解法求直線的斜率和截距

求直線斜率和截距的具體做法是，在描出的直線兩端各取一坐標點A（x1，y1）和B（x2，y2），則可從下面的式子求出直線的斜率a和截距b。

1

a?xy?x1y2y2?y1，b?21

x2?x1x2?x1A、B兩坐標點相隔要遠一些，一般取在直線兩端附近（不要取原來的測量數(shù)據(jù)點），且

自變量最好取為整數(shù)。

5、逐差法是如何處理數(shù)據(jù)的？

試驗2示波器的原理與應(yīng)用

1．從CH1通道輸入1V、1KHz正弦波，如何操作顯示該信號波形？2．當波形水平游動時，如何調(diào)理使波形穩(wěn)定？此時應(yīng)當調(diào)理觸發(fā)電平（“TRIGLEVEL〞）旋鈕，被測信號在某選定電平上被觸發(fā)，使波形穩(wěn)定

3．如何測量波形的幅度與周期？

運用“間距測量法〞和“光標測量法〞可測量。4．調(diào)理什么旋紐使李薩如圖穩(wěn)定？??觸發(fā)電平（“TRIGLEVEL〞）旋鈕

5．當示波器出現(xiàn)下面不良波形時，請選擇適合的操作方法，使波形正常。（1）波形超出屏幕：1調(diào)大“偏轉(zhuǎn)因數(shù)（VOLTS/DIV）；（2）波形太小：2調(diào)小“偏轉(zhuǎn)因數(shù)〞；（3）波形太密：4調(diào)小“掃描速率〞；（4）亮點，不顯示波形：5水平顯示置“A〞（常規(guī)）方式。

可選答案：①調(diào)大“偏轉(zhuǎn)因數(shù)（VOLTS/DIV）〞；②調(diào)小“偏轉(zhuǎn)因數(shù)〞；③調(diào)大“掃描速率（TIME/DIV）〞；④調(diào)小“掃描速率〞；⑤水平顯示置“A〞（常規(guī)）方式；⑥水平顯示置“X-Y〞方式。

6．觀測李薩如圖時，要改變圖形的垂直大小，應(yīng)調(diào)理CH2通道的“偏轉(zhuǎn)因數(shù)（VOLTS/DIV）〞；要改變圖形的水平大小，應(yīng)調(diào)理CH1通道的“偏轉(zhuǎn)因數(shù)（VOLTS/DIV）〞；要改變圖形的垂直位置，應(yīng)調(diào)理CH2通道的“垂直位移（POSITION）〞。（可選答案：CH1，CH2）。

7．用示波器測得的CH1（X）信號的波形如下面左圖所示，CH1（X）信號與CH2（Y）信號合成的李莎茹圖如下面右圖所示，示波器屏幕上已顯示了必要的參數(shù)，圖中每1大格為

1ms/cmCH1I：1V/cmI：1V/cm2：5V/cm

1cm。請回復以下回題：（1）CH1（X）信號的UPP為6.1V；（2）CH1（X）信號的周期為5.0ms；（3）CH2（Y）信號的頻率為100Hz。

2

（C）8．示波器如圖３中，改正垂直方向幅度太小、方向幅度太大的現(xiàn)象，應(yīng)如何調(diào)理？A.調(diào)大“偏轉(zhuǎn)因數(shù)〞、調(diào)大“掃描速率〞B.調(diào)小“偏轉(zhuǎn)因數(shù)〞、調(diào)小“掃描速率〞C.調(diào)小“偏轉(zhuǎn)因數(shù)〞、調(diào)大“掃描速率〞D.調(diào)大“偏轉(zhuǎn)因數(shù)〞、調(diào)小“掃描速率〞

水平

圖３

9.一臺好的示波器處于掃描狀態(tài)，但熒光屏上沒有掃描線，不必調(diào)理的旋鈕是（B）。

A、亮度旋鈕B、聚焦旋鈕C、水平位移D、上下位移

試驗12霍爾效應(yīng)

1．什么是霍爾效應(yīng)？

當載流子通過時，受洛倫磁力在兩極板上聚集，從而產(chǎn)生電場。當電場強度足夠大時，載流子所受洛倫磁力和電場力平衡達穩(wěn)定。這種產(chǎn)生電場的現(xiàn)象叫做霍爾效應(yīng)。

2．測量霍爾電壓時伴隨產(chǎn)生四種副效應(yīng)，本試驗用什么方法消除副效應(yīng)的影響？本試驗用換向測量法消除副效應(yīng)的影響。

3．用霍爾效應(yīng)如何測量磁場？用霍爾效應(yīng)試驗裝置測量磁場應(yīng)注意些什么？

霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號和通過的電流及磁場成正比，要測磁場，則可以通恒定的電流信號，則電壓信號和磁場就成正比了，也就測量出磁場信號了由UH?ISBIBUH?RHB?KHISB得B?neddKHIS4．如圖４所示，霍爾元件通入工作電流IS，磁場的方向垂直指出紙面，A、B兩邊累積正、負電荷，UAB＞0，根據(jù)運動的載流子受到洛侖茲力的作用，可判斷該霍爾元件是N型半導體。

5．如圖５所示，若霍爾片的多數(shù)載流子為空穴，它的工作電流IS方向從左向右，霍爾電壓UAB＞0，則磁場的方向為指入紙內(nèi)（選：指出紙面或指入紙內(nèi)）。

6．試分析：為何不宜用金屬制作霍爾元件？由于霍爾元件的靈敏度KH與載流電子濃度n成反比，金屬的載流子（自由電子）濃度大，其靈敏度較小，霍爾效應(yīng)不明顯，所以不宜用金屬制作霍爾元件。7．若磁場的法線不是恰好與霍爾元件的法線一致，對測量

?結(jié)果會有何影響？如何判斷磁場B的方向與霍爾片的法線方向一致？

x

IB

圖４

圖５z

I

y

AB圖６

3

B的測量公式B?UH的測量條件是霍爾片法線與磁場的方向一致，若磁場的方向不KHISUH測出的只是實際磁場在霍爾片KHIS是恰好與霍爾元件的法線一致，則B的測量公式B?法線的一個分量，測出的霍爾電壓要比磁場的方向恰好與霍爾元件的法線一致是產(chǎn)生的霍爾電壓?。粶y量時，轉(zhuǎn)動霍爾片，霍爾電壓顯示值最大時，說明霍爾片法線與磁場的方向一致。

8．圖６中霍爾元件的多種載流子是哪種？空穴

試驗7分光計的調(diào)整與使用

1．本試驗所用分光計測量角度的精度是多少？儀器為什么設(shè)兩個游標？如何測量望遠鏡

轉(zhuǎn)過的角度？P71,P72.

驗所用分光計測量角度的精度是1＇；儀器為設(shè)兩個游標是為了消除刻度盤和分光計中心軸之間的偏心差（這是一種系統(tǒng)誤差），測量時分別讀出兩個游標的讀數(shù)，取其平均值；鎖緊望遠鏡和刻度盤連動螺釘，緩慢轉(zhuǎn)動望遠鏡，用望遠鏡尋覓經(jīng)過棱鏡兩反射面反射回來的狹縫亮線，使用望遠鏡轉(zhuǎn)動微調(diào)螺絲，使狹縫向亮線與分光板上中心豎線重合，記錄望遠鏡在左右兩個位置的兩刻度盤讀書，運用公式

????1??2????2'??1'?2可得

2．假設(shè)平面鏡反射面已經(jīng)和轉(zhuǎn)軸平行，而望遠鏡光軸和儀器轉(zhuǎn)軸成一定角度β，則反射的

0

小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過180后反射的小十字像的位置應(yīng)是怎樣的？此時應(yīng)如何調(diào)理？試畫出光路圖。

0

反射的小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過180后反射的小十字像的位置不變，兩像高度一致，均位于叉絲上方或下方。此時應(yīng)當調(diào)理望遠鏡仰角螺釘，是十字反射像落在上十字線的橫線上。

3．假設(shè)望遠鏡光軸已垂直于儀器轉(zhuǎn)軸，而平面鏡反射面和儀器轉(zhuǎn)軸成一角度β，則反射的

0

小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過180后反射的小十字像的位置應(yīng)是怎樣的？此時應(yīng)如何調(diào)理？試畫出光路圖。

反射的小十字像和平面鏡轉(zhuǎn)過1800后反射的小十字像的位置一上一下，此時應(yīng)當調(diào)理在舞臺下的螺釘，直到兩鏡面反射的十字像等高，才說明載物臺應(yīng)經(jīng)調(diào)好。

4.對分光計的調(diào)理要求是什么？如何判斷調(diào)理達到要求？怎樣才能調(diào)理好？P64

4

5.是否對有任意頂角A的棱鏡都可以用最小偏向角測量的方法來測量它的材料的折射率？為什么？

否

6.在測角時某個游標讀數(shù)第一次為343?56'，其次次為33?28'，游標經(jīng)過圓盤零點和不經(jīng)過圓盤零點時所轉(zhuǎn)過的角度分別是多少？P69

游標經(jīng)過圓盤零點：

360o?343o56'?33o28'?49o32'o'o'o'

不經(jīng)過圓盤零點：34356?3328?31028

7．在試驗中如何確定最小偏向角的位置？P69

向一個方向緩慢的轉(zhuǎn)動游標盤（連同三棱鏡），并用望遠鏡跟蹤狹縫像，在望遠鏡中觀測狹縫像的移動狀況，當隨著游標盤轉(zhuǎn)動而向某方向移動的狹縫像，剛要開始向相反方向移動時，固定游標盤，此時確定的角度即是最小偏向角。）

8.測量三棱鏡折射率試驗中，從對準平行光管的位置開始轉(zhuǎn)動望遠鏡，看到的折射譜線顏色排列順序是什么？（黃綠紫）

試驗8邁克爾遜干擾儀的調(diào)整與使用

1.邁克爾遜干擾形成條紋的條件、條紋的特點、條紋出現(xiàn)的位置和測量波長的公式。比較等傾干擾條紋和牛頓環(huán)（等厚干擾）異同。

等傾是入射角度不同的光具有不同的光程差。等厚是不同位置的光（入射方向一致）具

5

有不同的光程差；條紋都是同心圓環(huán)；牛頓環(huán)出現(xiàn)在空氣層附近，等傾條紋出現(xiàn)在無窮遠；測量波長的公式牛頓環(huán)：rk?kR?，等傾干擾：

cosi'?k?2nh（h為薄膜厚度，i'為折射

角）

2.怎樣確鑿讀出可動反射鏡M1的位置？

該讀數(shù)由三部分組成：①標尺讀數(shù)，只讀出整毫米數(shù)即可，不需估讀；②粗調(diào)大手輪讀數(shù)，直接由窗口讀出毫米的百分位，也不需估讀；③微動鼓輪讀數(shù)，由微動鼓輪旁刻度讀出，需要估讀一位，把讀數(shù)（格數(shù)）乘10-4即毫米數(shù)。M1位置讀數(shù)為上三讀數(shù)和。

3.邁克爾遜干擾儀中的補償板、分光板各起什么作用？用鈉光或激光做光源時，沒有補償

板P2能否產(chǎn)生干擾條紋？用白光做光源呢？分光板是后表面鍍有半反射銀膜的玻璃板，激光入射后經(jīng)半反射膜能分解為兩束強度近似相等光線。

補償板是折射率和厚度與分光板完全一致的玻璃板，使分光板分解的兩束光再次相遇時在玻璃板中通過一致的光程，這樣兩光束的光程差就和在玻璃中的光程無關(guān)了。

4．在邁克爾遜干擾儀的一臂中，垂直插入折射率為1.45的透明薄膜，此時視場中觀測到15個條紋移動，若所用照明光波長為500nm，求該薄膜的厚度。

試驗16用分光計研究光柵光譜

1．光柵光譜和棱鏡光譜有哪些不同之處?在上述兩種光譜中，哪種顏色的光偏轉(zhuǎn)最大?

（光柵光譜和棱鏡光譜采用不同的分光器件——衍射光柵和三棱鏡得到。前者依據(jù)光柵方程(k=0，士1，士2,...)；后者根據(jù)不同波長的光在玻璃中的折射率不同產(chǎn)生色散。在光柵光譜中，對于同一衍射級次k，波長越大衍射角也越大，即紅光偏轉(zhuǎn)最大；在棱鏡光譜中，由于波長越大折射率越小，偏向角也越小，故紫光偏轉(zhuǎn)最大。）2.假使在望遠鏡中觀測到的譜線是傾斜的，應(yīng)如何調(diào)整？

平行光管透光狹縫傾斜所致，只要把狹縫調(diào)正即可；光柵刻痕和儀器中心轉(zhuǎn)軸不平行，調(diào)平行即可。

3．如何測量光柵的衍射角？根據(jù)測量數(shù)據(jù)怎樣計算譜線的衍射角和光柵常數(shù)？

6

衍射角通過光柵公式計算得到，即：dsin(a)=±k入,(=0,1,2,3...),由該公式就可算出光柵衍射角的值；而d=a+b，即光柵常數(shù)便可以得到光柵常數(shù)。

衍射圖樣上，中心對應(yīng)0級，向兩側(cè)依次為正負1級條紋，正負2級條紋，依此類推。

4．用白光照射光柵時，形成什么樣的光譜？

白光是波長分布連續(xù)的復色光，除0級譜線為白光亮線外，各級是從紫光到紅光排列的連續(xù)彩色光譜

5．假使平行光并非垂直入射光柵片，而是斜入射，衍射圖樣會有何變化？

這時光柵方程變?yōu)閐(sin??sin?)?k?（?為入射角），顯然衍射圖樣的0級亮線兩邊譜線位置分布不對稱（±K級譜線的衍射角不相等）

6.如何測量和判斷平行光是否垂直入射光柵面？

在試驗中，先把分光計調(diào)好使之處在能確鑿測量狀態(tài)。為使平行光管出射的平行光垂直入射到光柵面上，必需使狹縫亮線像（零級譜線）與分劃板上豎直黑叉絲重合（望遠鏡對準平行光管），然后調(diào)理使光柵面反射回的綠色十字像與分劃板上十字黑叉絲重合（平行光垂直入射光柵面），如下圖，這圖是垂直入射的判斷方法之一。另一

個方法分別測出同一級的正負衍射角??、??，看是否相等，試驗要求相差不超過5'。

7．試驗中當狹縫太寬或太窄時將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？

圖16-6

狹縫太寬則分辯才干下降，如兩條黃光線分辯不清（由于狹縫太寬，造成譜線過寬不夠細銳而重疊）；太窄，透光量太少，光線亮度太弱，視場太暗不利于測量。

8．當用波長為589.3nm的鈉黃光垂直照射到每毫米具有500條刻痕的平面透射光柵上時，最多能觀測到第幾級譜線？

光柵常數(shù)d=1/500mm，衍射角最大為90度，由光柵方程

dsi?n?k??k?dsi?n?，顯然φ=900時，有

k?kmax?d?，待人數(shù)據(jù)得，K=3

7

試驗17等厚干擾試驗

1.牛頓環(huán)形成的條件、條紋的特點、條紋出現(xiàn)的位置和測量波長的公式。比較等傾干擾條紋和牛頓環(huán)（等厚干擾）異同。比較牛頓環(huán)和劈尖的干擾條紋的異同點.

等傾是入射角度不同的光具有不同的光程差。等厚是不同位置的光（入射方向一致）具有不同的光程差；條紋都是同心圓環(huán)；牛頓環(huán)出現(xiàn)在空氣層附近，等傾條紋出現(xiàn)在無窮遠；測量波長的公式牛頓環(huán)：rk?kR?，等傾干擾：

cosi'?k?2nh（h為薄膜厚度，i'為折射

角）

2.何謂等厚干擾？如何應(yīng)用光的等厚干擾測量平凸透鏡的曲率半徑？（把握求曲率半徑的數(shù)據(jù)處理方法）

3.用牛頓環(huán)測量平凸透鏡曲率半徑時，對試驗結(jié)果有影響的是（C）

A．牛頓環(huán)中心是亮斑而不是暗斑

B．測量直徑時，叉絲交點沒有通過環(huán)心C．測量直徑時，測微鼓輪中途倒轉(zhuǎn)

D．測量直徑時，測微鼓輪只向一個方向旋轉(zhuǎn)4.用讀數(shù)顯微鏡測量出來的牛頓環(huán)直徑是真實大小的牛頓環(huán)直徑嗎？如何調(diào)理使視場變明了？是

5．從牛頓環(huán)裝置的下方透射上來的光，能否形成干擾條紋？假使能的話，它和反射光形成的干擾條紋有何不同？

6．假使在測量過程中，叉絲中心未與牛頓環(huán)中心重合，測得的是弦而不是直徑，則對R的結(jié)果有無影響？為什么？無影響

8

22Dm?DnR?4?m?n??，而不直接7.為什么采用測量干擾圓環(huán)直徑來求得牛頓環(huán)裝置的曲率半徑

2r?kR?條件得到曲率半徑R.，請說明具體的原因。k測量干擾環(huán)的半徑，由

8．假使待測透鏡是平凹透鏡，觀測到的干擾條紋將是怎