佛山科学技术学院大学物理实验复习思考题.docx

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佛山科学技术学院大学物理实验复习思考题

《大学物理实验B》复习思考题

误差、不确定度和数据处理的基本知识

1、如何对测量不确定度进行评定？

答：

用公式

（p=68.3%）

2、测量结果有效数字位数是如何确定的？

答：

（1）不确定度的位数一般只取一位（而且只入不舍），若首位是1时可取两位。

相对不确定度为百分之几，一般也只取一、两位。

（2）不确定度决定了测量结果有效数字的位数，即测量结果的有效数字最后一位应与不确定度所在位对齐；若不确定度取两位，则测量结果有效数字的末位和不确定度末位取齐。

（3）有效数字尾数舍入规则：

尾数“小于五则舍，大于五则入，等于五凑偶”，这种舍入法则使尾数舍与入的概率相同。

（4）同一个测量值，其精度不应随单位变换而改变。

3、作图法是如何处理数据的？

答：

（1）作图规则

①作图一定要用坐标纸；

②画坐标纸大小和确定坐标轴分度；

③画出坐标轴；

④数据点（测量点用“×”或“

”描点）；

⑤连线；

⑥标注图名.

（2）图解法求直线的斜率和截距

求直线斜率和截距的具体做法是，在描出的直线两端各取一坐标点A（x1，y1）和B（x2，y2），则可从下面的式子求出直线的斜率a和截距b。

，

A、B两坐标点相隔要远一些，一般取在直线两端附近（不要取原来的测量数据点），且自变量最好取为整数。

实验1示波器的原理与应用

1．当波形水平游动时，如何调节使波形稳定？

答：

（关闭“MAG”X轴放大）按波形输入的通道先正确选择“触发源source”可选“VERT”触发方式；消去“TV”所有触发信号，选择“触发耦合COUPLE”为“AC”触发耦合，调节“触发电平TRIG’D”亮，则波形稳定。

2．如何测量波形的幅度与周期？

答：

用屏幕上的刻度尺分别测出波形峰峰（峰位到谷位）的垂直距离y和波形一个周期的水平距离x,则峰峰电压Upp=y（cm）×偏转因素k（V/cm）,周期T=x（cm）×扫秒速率p（ms/cm）,频率f=1/T（Hz）

3．调节什么旋纽使李萨如图稳定？

答：

调节函数信号发生器（频率旋钮），使输入X、Y通道信号的Fy比Fx为整数比，即1：

1、1：

2、2：

1、2：

3、3：

2、…

4．当示波器出现下面不良波形时，请选择合适的操作方法，使波形正常。

（1）波形超出屏幕：

①；

（2）波形（竖直幅度）太小：

②；（3）波形（水平方向）太密：

④；（4）亮点，不显示波形：

⑤。

可选答案：

①调大“偏转因数（VOLTS/DIV）”；②调小“偏转因数”；③调大“扫描速率（TIME/DIV）”；④调小“扫描速率”；⑤水平显示置“A”（常规）方式；⑥水平显示置“X-Y”方式。

5．观察李萨如图时，要改变图形的垂直大小，应调节CH2通道的“偏转因数（VOLTS/DIV）”；要改变图形的水平大小，应调节CH1通道的“偏转因数（VOLTS/DIV）”；要改变图形的垂直位置，应调节CH2通道的“垂直位移（POSITION）”。

（可选答案：

CH1，CH2）。

6．用示波器测得的CH1（X）信号的波形如下面左图所示，CH1（X）信号与CH2（Y）信号合成的李莎茹图如下面右图所示，示波器屏幕上已显示了必要的参数，图中每1大格为1cm。

请回答下列回题：

（1）CH1（X）信号的UPP为6.0V；

（2）CH1（X）信号的周期为＿5.0ms；（3）CH2（Y）信号的频率为100Hz。

图３

7．示波器如图３中，改正垂直方向幅度太小、水平

方向幅度太大的现象，应如何调节？

（C）

A.调大“偏转因数”、调大“扫描速率”B.调小“偏转因数”、调小“扫描速率”

C.调小“偏转因数”、调大“扫描速率”D.调大“偏转因数”、调小“扫描速率”

实验2霍尔效应

1．测量霍尔电压时伴随产生四种副效应，本实验用什么方法消除副效应的影响？

答：

换向测量法，改变Is和B的方向

2．用霍尔效应如何测量磁场？

用霍尔效应实验装置测量磁场应注意些什么？

答：

已知Kh、Is、测出Uh。

则有B=Uh/（KhIs）

3．如图４所示，霍尔元件通入工作电流IS，磁场的方向垂直指出纸面，A、B两边累积正、负电荷，UAB＞0，根据定向运动的载流子受到洛伦兹力的作用，可判断该霍尔元件是N型半导体。

4．如图５所示，若霍尔片的多数载流子为空穴，它的工作电流IS方向从左向右，霍尔电压UAB＞0，则磁场的方向为指入纸内（右手定则或左手定则）（选：

指出纸面或指入纸内）。

5．试分析：

为何不宜用金属制作霍尔元件？

答：

KH=1/ned，金属载流子浓度n高，KH小，UH小，霍尔效应不明显。

B

y

B

x

z

I

I

图６

A

6．若磁场的法线不是恰好与霍尔元件的法线一致，对测量结果会有何影响？

如何判断磁场

的方向与霍尔片的法线方向一致？

答：

偏小。

缓慢变化霍尔元件的方向，观察其输出电压，电压最大时说明两者方向一致，否则方向不一致。

7．图６中霍尔元件的多数shuE33420载流子是哪种？

答：

空穴。

P型

8．已知磁场B，如何用作图法求KH.？

答：

以Is为横坐标，描绘UH-Is关系图，得一直线，在直线另找A、B两点，求出直线斜率a，则KH=a/B

实验3分光计的调整与使用

1．本实验所用分光计测量角度的精度是多少？

仪器为什么设两个游标？

如何测量望远镜转过的角度？

答：

1′；是为了消除因刻度盘和游标盘不共轴所引起的偏心误差；锁紧望远镜和刻度盘连动螺钉（以使望远镜能和刻度盘连动），缓慢转动望远镜，用望远镜寻找经过棱镜两反射面反射回来的狭缝像亮线，使用望远镜转动微调螺丝，使狭缝像亮线与分划板上中心竖线重合，列表记录下望远镜所处位置分别为I和II时的两刻度盘读数φ1、φ1′和φ2、φ2′，则望远镜从位置I到位置II所转过的角度为：

2．假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和仪器转轴成一定角度β，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？

此时应如何调节？

试画出光路图？

答:

反射的小十字像和（转动游标盘连同载物台使）平面镜转过180°后反射的小十字像的位置高度不变，此时应该调节望远镜仰角螺钉，使十字像落在上十字叉线的横线上。

光路图如上图所示，该例是望远镜向上仰的情况。

3．假设望远镜光轴已垂直于仪器转轴，而平面镜反射面和仪器转轴成一角度β，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？

此时应如何调节？

试画出光路图。

答：

望远镜已调好，载物台（倾斜）没调好，使得小镜镜面与仪器转轴不平行成一角度β，若A面反射的小十字像在上叉丝水平线的上方，则（转动游标盘连同载物台使）平面镜转过180°后，B面反射的小十字像在上叉线的对称下方位置，此时该调节载物台的螺钉，使十字反射像落在上十字叉线的横线上。

光路图如上图所示。

4．对分光计的调节要求是什么？

如何判断调节达到要求？

怎样才能调节好？

答：

（1）对分光计调整的要求：

1望远镜、平行光管的光轴均垂直于仪器中心转轴；

2望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）；

3平行光管出射平行光；

（2）各部分调节好的判断标志

①望远镜对平行光聚焦的判定标志——从望远镜中同时看到分划板上的黑十字准线和绿色反射十字像最清晰且无视差。

（用自准直光路，调节望远镜的目镜和物镜聚焦）

②望远镜光轴与分光计中心转轴垂直的判定标志——放在载物台上的双面反射镜转180o前后，两反射绿色十字像均与分划板上方黑十字线重合。

（用自准直光路和各半调节法调整）

③平行光管出射平行光的判定标志——在望远镜调节好基础上，调节平行光管聚焦，使从调好的望远镜看到狭缝亮线像最清晰且与分划板上的黑十字线之间无视差。

（把调节好的望远镜对准平行光管，调节平行光管物镜聚焦）

④平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直的判定标志——使夹缝亮线像竖直和水平时能分别与望远镜分划板上的竖直黑十字线和中心水平黑十字线重合。

（把调节好的望远镜对准平行光管，配合调节平行光管的仰角螺钉）

5．是否对有任意顶角A的棱镜都可以用最小偏向角测量的方法来测量它的材料的折射率？

为什么？

答：

不是。

光线进入三棱镜后，在出射面可能会发生全反射考虑。

6．在测角时某个游标读数第一次为34356'，第二次为3328'，游标经过圆盘零点和不经过圆盘零点时所转过的角度分别是多少？

答：

游标经过圆盘零点：

不经过圆盘零点：

7．在实验中如何确定最小偏向角的位置？

答：

向一个方向缓慢的转动游标盘带动载物台上三棱镜转动，并用望远镜跟踪狭缝像，在望远镜中观察狭缝像的移动情况，当随着游标盘转动而向某方向移动的狭缝像，正要开始向相反方向移动时，固定游标盘，此时确定的角度即是最小偏向角。

8.测量三棱镜折射率实验中，从对准平行光管的位置开始转动望远镜，看到的折射谱线颜色排列顺序是什么？

答：

黄→绿→紫

实验4迈克尔逊干涉仪的调整与使用

1.迈克尔逊干涉形成条纹的条件、条纹的特点？

答：

条件：

等倾干涉条纹的产生通常需要面光源，且M1、M2’应严格平行；等厚干涉条纹的形成则需要M1、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。

条纹特点：

等倾干涉为圆条纹，等厚干涉为直条纹。

2.怎样准确读出可动反射镜M1的位置？

答：

该读数由三部分组成：

①标尺读数，只读出整毫米数即可，不需估读；②粗调大手轮读数，直接由窗口读出毫米的百分位，也不需估读；③微动鼓轮读数，由微动鼓轮旁刻度读出，需要估读一位，把读数（格数）乘10-4即毫米数。

M1位置读数为上三读数相加。

3.迈克尔逊干涉仪中的补偿板、分光板各起什么作用？

用钠光或激光做光源时，没有补偿板P2能否产生干涉条纹？

用白光做光源呢？

答：

（1）分光板是后表面镀有半反射银膜的玻璃板，激光入射后经半反射膜能分解为两束强度近似相等光线；补偿板是折射率和厚度与分光板完全相同的玻璃板，使分光板分解的两束光再次相遇时在玻璃板中通过相同的光程，这样两光束的光程差就和在玻璃中的光程无关了。

（2）从光的单色性和相干性（相干长度）好坏考虑。

Na光和He—Ne激光单色性好，相干长度较大，没有补偿板P2，移动M1，加大M1和M2/间的距离仍能产生干涉，干涉条纹不会重叠，仍可观察。

但白光单色性差，分出的两束光只有在δ≈0时，才能看到彩色干涉条纹，在δ稍大时，不同波长的干涉条纹会互相重叠，使光强趋于均匀，彩色干涉条纹会消失。

4．在迈克尔逊干涉仪的一臂中，垂直插入折射率为1.45的透明薄膜，此时视场中观察到15个条纹移动，若所用照明光波长为500nm，求该薄膜的厚度。

答：

插入n1透明薄膜后，光程差改变了2d（n1-1），即Δδ=2d（n1-1），所以根据Δδ=Δkλ式和Δk=ΔN，可得

把已知的有关量（λ=500nm，n1=1.45，ΔN=15）代入便可计算出d值。

5．调节微调手轮看到条纹从中心“冒出”时，则M1和M2'所形成的空气膜厚度是增加，每变化一个条纹，M1和M2'所形成的空气膜厚度变化为λ/2。

条纹从中心“陷入”时，则M1和M2'所形成的空气膜厚度是减少，每变化一个条纹，M1和M2'所形成的空气膜厚度变化为λ/2。

实验5用分光计研究光栅光谱

1．光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处?

在上述两种光谱中，哪种颜色的光偏转最大?

答：

光栅光谱：

依据光栅衍射产生色散形成。

同一级次K，λ↑→φ↑，所以可见光中的红光衍射角最大。

（衍射——对称的）

棱镜光谱：

根据不同的光在玻璃中的折射率不同而产生色散。

λ↑→n↓→偏向角δ↓，故紫光偏转最大。

（折射——不对称）

2．为什么在望远镜中观察到的谱线是倾斜的？

答：

这是由于平行光管透光狭缝倾斜不竖直所致。

3．如何测量光栅的衍射角？

根据测量数据怎样计算谱线的衍射角和光栅常数？

答：

测量光栅的衍射角：

光栅常数：

，其中

，

。

4．用白光照射光栅时，形成什么样的光谱？

答：

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。

（除0级谱线为白光亮线外，各级是从紫光到红光排列的连续彩色光谱

5．如果平行光并非垂直入射光栅片，而是斜入射，衍射图样会有何变化？

答：

这时光栅方程变为

，显然衍射图样的0级亮线两边谱线位置分布不对称（±K级谱线的衍射角不相等）。

我们实验要求

与

不超过几分（如

）就是为了保证由平行光非垂直入射光栅片引起的误差足够小。

6.如何测量和判断平行光是否垂直入射光栅面？

答：

①光栅正或反面反射回的小绿十字像均与黑叉丝上交点重合；②零级亮纹与黑叉丝竖直线重合且被圆心O上下等分时光栅平面已与入射光垂直。

因为由条件②知平行光管光轴已与望远镜光轴在一条直线上，由条件①知望远镜已垂直于光栅平面，所以得出结论光栅平面已与入射光方向垂直。

7．实验中当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象？

为什么？

答：

狭缝太宽则分辨本领下降，如两条黄光线分辨不清（因为狭缝太宽，造成谱线过宽而重叠）；太窄，透光量太少，光线亮度太弱，视场太暗不利于测量。

8．当用波长为589.3nm的钠黄光垂直照射到每毫米具有500条刻痕的平面透射光栅上时，最多能观察到第几级谱线？

答：

由（a+b）sinφ=kλ得k={（a+b）/λ}sinφ

∵φ最大为90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.

实验6等厚干涉实验

1.牛顿环形成的条件、条纹的特点、条纹出现的位置和测量波长的公式。

比较等倾干涉条纹和牛顿环（等厚干涉）异同。

比较牛顿环和劈尖的干涉条纹的异同点.

答：

（1）①两束光之间的光程差δ随空气层的厚度而变。

②空气层厚度相同处反射的两束光具有相同的光程差。

条纹特点都是同心圆环。

牛顿环出现在空气层附近,等倾条纹出现在无穷远.

（2）两者原理相同。

牛顿环的干涉条纹为以接触点为中心的明暗相间的同心圆环，且中心暗环附近同心圆环条纹粗、较稀疏；离中心越远，条纹越细、越密。

劈尖的干涉条纹为平行于棱边且间隔相等的明暗相间的平行条纹。

2.何谓等厚干涉？

如何应用光的等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径？

答：

等厚干涉：

薄膜干涉中，若相互干涉的两束光的光程差仅随薄膜的厚度而变，这种薄膜干涉就叫等厚干涉（如牛顿环装置形成的空气薄膜干涉和劈尖薄膜干涉就属于等厚干涉）

测量数据，用公式

3.用读数显微镜测量出来的牛顿环直径是真实大小的牛顿环直径吗？

如何调节使视场变清晰？

答：

干涉条纹和镜筒（黑十字叉丝）移动的距离都放大同样的倍数。

调节显微镜正确的顺序是：

调节反光镜,使视场变亮,且亮度均匀；调节目镜使十字叉丝清楚；调节焦距,使被测物清晰;将十字叉丝对准被测物。

4．从牛顿环装置的下方透射上来的光，能否形成干涉条纹？

如果能的话，它和反射光形成的干涉条纹有何不同？

答：

画出光路分析。

牛顿环下方透射出来的光，也能产生干涉条纹。

但由于透射光没有半波损失（薄膜上下表面两次反射都有半波损失，结果抵消了），中心点的光程差δ=2d=λ，所以形成的干涉条纹是中心为亮斑的明暗相间的同心圆环，与反射光干涉条纹明暗互补（反射光干涉的量相干光的光程差

，中心d=0处，

满足暗条纹条件；而透射光干涉的量相干光的光程差

），中心d=0处，

满足明条纹条件）。

5．假如在测量过程中，叉丝中心未与牛顿环中心重合，测得的是弦而不是直径，则对R的结果有无影响？

为什么？

答：

从右图A看能否证明（

）

从右图，可有

①

同样有

②

①-②得

表明，若测得的是弦，而不是直径，则对R计算无影响。

6.为什么采用测量干涉圆环直径来求得牛顿环装置的曲率半径

，而不直接测量干涉环的半径，由

条件得到曲率半径R.，请说明具体的原因。

答：

a）用公式

代替公式

来测量，可以消除牛顿环装置因变形或尘埃而产生的误差；同时还可以消除k的起点确定误差

b）用直径测量代替不易测准的半径测量，即

.

7．如果待测透镜是平凹透镜，观察到的干涉条纹将是怎样的？

答：

画出光路图分析。

仿照教材对待测为平凸透镜的推导方法来讨论分析

（1）

仍形成以平凹透镜的顶点为圆心的明暗相间的同心圆环，但边缘处δ=2nd+λ/2=λ/2（d=0，n=1）为0级暗纹；中心处，当δ=（2k+1）λ/2时，为暗纹，当δ=kλ时，为亮纹，否则其明暗程度介于明纹最亮和暗纹最暗之间。

也可推出

与本实验的测量公式仅差一符号，这是由于外环级次比内环级次小所致。

8．观察牛顿环时将会发现，牛顿环中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑，为什么？

对透镜曲率半径R的测量有无影响?

为什么？

答：

按理论计算,牛顿环中心应是一个暗点.实际上由于接触压力引起玻璃变形,使得牛顿环中心变成一个暗斑,如果在两玻璃之间存在灰尘,中心有可能是亮斑,从而引起附加光程差,这些都会给测量带来较大的系统误差.这些系统误差可以通过取距中心较远的,比较清晰的两个暗环的半径的平方差来消除；对透镜曲率半径R的测量无影响，因为数据处理用逐差法。

9.牛顿环的干涉条纹各环间的间距是否相等?

为什么?

答：

间距不相等,波长越长的光,干涉条纹间距越宽。

实验7太阳能电池特性的测量

1．掌握太阳能电池的基本原理。

答：

半导体吸收光子，产生电子和空穴对，电子和空穴对会分别收到二极管之内电场的影响而产生光电流。

2．无光源的条件下，太阳能电池施加正向偏压时的伏安特性？

怎样求常数

和

的值？

答:

画出I-U图，再画出INI-U图，利用图表求出常数

和

的值。

当偏压U较大时，

远大于1，故

，以

为纵坐标，偏压U为横坐标，作

——U图，其斜率即为

，纵轴截距即为

3．恒定光照下，太阳能电池在不加偏压时伏安特性？

如何求短路电流

；开路电压

；最大输出功率；填充因子FF？

答：

作出恒定光照下，太阳能电池在不加偏压时伏安特性曲线，按曲线的趋势外推，分别与横轴（电压）和纵轴（电流）相交，即为开路电压

和短路电流

。

注意：

以上两图只是示意图。

用外推法求出短路电流

和开路电压

，画出输出功率与电阻的关系图，找出波峰，即可求出最大输出功率和负载电阻的大小，从图中可求出最大功率。

根据公式：

可求出填充因子FF

（填充因子FF表示太阳能电池的品质，FF的数值越大，太阳电池的输出特性就越好，效率就越高，它是太阳电池优劣的重要指标。

）

4．如何对太阳能电池基本特性进行测量？

电路图？

实验8大功率白光LED特性测量

1．多少瓦的LED称为大功率LED？

为什么大功率白光LED称为“绿色光源”？

答：

一般将功率大于0.5W的LED称为大功率LED。

大功率白光LED诞生于20世纪90年代末，具有发光效率高、启动快、显色性好、寿命长、节能、环保等优点，将取代白炽灯、荧光灯等传统光源而成为21世纪的绿色光源，目前广泛用于白光照明和液晶显示背光源等领域。

2．什么是发光强度？

远场光强的测量距离是多少？

答：

光源在给定方向单位立体角所发射的光通量，成为发光强度，用I￠表示，即IΦ=dΦ/dΩ

光强测量远场（探测器距LED发光中心316mm）

3．人眼对相同功率不同波长的光所感受的光通量和光强是否相同？

答：

不相同；光通量是一个人为量，人眼对1W功率不同波长的光所感受的光通量不同。

4．1W白光LED电压为3V时，其室温工作电流约为多少mA？

答：

1W/3V=333.3mA

5．照明用LED为什么要用恒流电源驱动？

答：

LED电压的极小变化会引起电流较大变化，从而使发光强度变化很大。

因此，为了亮度稳定，照明用的LED要用恒流源驱动。

6．什么是发光效率？

温度升高时，发光效率变大还是变小？

答：

LED光通量与消耗的电功率之比，称为发光效率，简称光效，用η表示。

由于光强与光通量成正比，故发光效率课表示为η=dΦ/P=IΦ/IU；温度升高时，发光效率是变小的。

7．在恒流驱动下，温度升高时，LED消耗的电功率增大还是减小？

答：

因为温度升高时，发光效率会变小，而光通量不因温度的改变而改变，根据η=dΦ/P=IΦ/IU，所以电功率增大