大学物理实验复习习题及答案.docx

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大学物理实验复习习题及答案

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？

提示：

本实验所用分光计测量角度的精度是：

提示：

刻度盘绕中心轴转动，因工艺的原因，中心轴不可能正好在盘的中心，因此转动测量时会产生一个所谓的偏心差，在盘的一直径两端对称设置两个游标，读数求平均即可消除偏心差。

见图。

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。

提示：

反射的小十字像和平面镜转过180o后反射的小十字像的位置不变，此时应该调节望远镜仰角螺钉，使十字反射像落在上十字叉线的横线上。

光路图如下

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。

提示：

反射的小十字像和平面镜转过180o后反射的小十字像的位置是一上一下，此时应该载物台下螺钉，直到两镜面反射的十字像等高，才表明载物台已调好。

光路图如下：

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？

提示：

（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？

不能。

提示：

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？

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？

向一个方向缓慢的转动游标盘（连同三棱镜），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？

黄、绿、紫

实验8迈克尔逊干涉仪的调整与使用

1.试从形成条纹的条件、条纹特点、条纹出现的位置和测量波长的公式来比较牛顿环和等倾干涉同心圆条纹异同。

提示：

从干涉类型（等厚、等倾）、条纹形状、条纹分布（疏密、级数顺序、中心明暗）来看。

牛顿环同心圆条纹是等厚干涉形成的，中间级次低（中心级次最低），越往边缘级次越高，从反射方向观察中心是暗条斑。

迈克尔孙同心圆条纹是等倾干涉形成的，中间级次高（中心级次最高），越往边缘级次越低，若光程差为半波长的奇数倍，中心暗，若光程差为半波长的偶数倍，中心明。

2.等倾干涉图样与等厚干涉图样各定域在何处？

提示：

干涉图样定域问题，与所用的光源类型、位置以及薄膜形状（平行平面状还是楔形）有关。

如果是点光源，则不论是等倾干涉还是等厚干涉，在与光源S在同一边的空间的任一点都可得一定的干涉，即干涉现象发生在光波的整个相遇区域内，称这种干涉为不定位干涉（也叫非定域干涉）本实验用光纤激光作光源即是这种情况）；如果是扩展光源，则干涉条纹只能定域在一定的区域，至于定域在什么位置，取决于M1、M2′的位置和取向以及光源的位置。

M1、M2′平行时，干涉条纹定域在无穷远处，与光源的位置无关；而M1、M2′不平行，有一微小夹角时，干涉条纹定域在薄膜表面附近，光源位置不同，条纹定位也不同。

如下图所示。

3.怎样准确读出可动反射镜M1的位置？

提示：

看下例

4．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？

补偿板起补偿光程的作用。

分光板使入射光束分为振幅（或光强）近似相等的透射光束和反射光束。

用钠光或激光做光源时，没有补偿板P2能产生干涉条纹，用白光做光源不能。

Na光和He—Ne激光单色性好，没有补偿板P2，移动M1，改变由M1和M2反射到达观察屏的两光束的光程差，使其小于相干长度，即可观察到干涉条纹。

白光单色性差，分出的两束光只有在光程差δ≈0时，才能看到彩色干涉条纹，如果没有补偿板P2，由M1反射的光经过分光板三次，而由M2反射的光只经过分光板一次，对两束光产生不同的色散，导致不同波长的干涉条纹位置不同，使光强趋于均匀，干涉条纹会消失只有使用补偿板，才可以使不同波长的光被分成的两束光都满足光程差δ≈0。

5．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。

提示插入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。

实验9RLC电路的稳态特性

1．交流电路中，如何表示电压和电流的大小和相位的变化？

提示：

交流电路的电压和电流有大小和相位的变化，通常用复数法及其矢量图解法来研究。

RLC串联电路如图1所示，交流电源电压为，则

RLC电路的复阻抗

回路电流，

电流大小。

矢量图解法如图2所示，总电压与电流之间的相位（或与电阻电压的相位）为，可见，RLC串联回路相位与电源频率f（）有关。

2．什么是RLC串联谐振？

RLC串联电路中，当信号的频率f为谐振频率，即感抗与容抗相等（）时，电路的阻抗有最小值（Z=R），电流有最大值（），电路为纯电阻，这种现象称为RLC串联谐振。

3．什么是RLC串联电路的幅频特性曲线？

根据幅频特性曲线怎样求通频带？

RLC串联回路电流I与电源的频率f（=2f）有关，RLC串联电路的I―f的关系曲线称为RLC串联电路的幅频特性曲线，如图3所示。

RLC串联幅频曲线如图3所示，将电流I=0.707I0的两点频率f1、f2的间距定义为RLC回路的通频带f0.7，

当RLC电路中L、C不变时，根据和，电阻R越大，则品质因数Q越小，通频带f0.7越宽，滤波性能就越差（如图3所示）。

4．什么是回路的品质因数?

谐振时，回路的感抗（或容抗）与回路的电阻之比称为回路的品质因数，以Q表示，

或

5．什么是RLC回路的通频带？

如何比较RLC回路的滤波性能？

第三题答案。

6．电路谐振时，电感、电容的电压与品质因数Q有什么关系？

谐振时，电感与电容的电压有最大值，是电源电压的Q倍，即

谐振时，电容和电感两端的电压比信号源电压US大Q倍，有电压放大作用，要注意元件的耐压。

7．RLC串联电路的相频特性是什么？

RLC串联电路的-f的关系曲线称为RLC串联电路的相频特性曲线，如图4所示。

8．测量幅频特性时，当改变信号发生器输出信号频率，其输出信号幅度（电压）有否改变？

为什么？

提示：

改变。

因信号发生器有内阻，当改变信号发生器输出信号频率时，电路中的电流会改变（谐振时电流最大），则在信号发生器内阻上的电压降会改变（谐振时最大），其输出信号幅度（电压）会改变。

9．使串联电路发生谐振的方法有几种？

怎样确定电路呈电感性还是呈电容性？

信号发生器输出信号频率，使

改变L、C使

UR波形在US波形左边，则US落后于UR（即电压滞后于电流），电路为电容性，ϕ值应取负号。

US超前于UR，电路为电感性，则US超前于UR，ϕ值应取正号。

波形如图5所示。

10.RLC串联电路中，已知电容C耐压（峰峰值）为50V，回路品质因数Q=100，为了保证电容C不被击穿，电源电压US最大不能超过多少？

提示：

得

实验14非平衡直流电桥原理与应用

1．平衡电桥与非平衡电桥有哪些不同？

提示：

平衡电桥是通过调节电桥平衡，把待测电阻与标准电阻进行比较直接得到待测电阻值。

非平衡电桥不需要调节电桥平衡，直接测量电桥输出信号，然后通过运算得到电阻值。

2．什么时候用平衡电桥测电阻较好？

什么时候用非平衡电桥测电阻较好？

提示：

被测电阻相对稳定量时用平衡电桥。

被测电阻连续变化时用非平衡电桥

3．非平衡电桥中立式桥为什么比卧式桥测量范围大？

提示：

课本106-107页

4．“非平衡直流电桥原理与应用”实验中卧式电桥预调平衡的目的是什么？

调平衡的目的是得出被测电阻在室温时的电阻值，即

5.掌握卧式电桥的有关公式，掌握求电阻温度系数的方法。

提示：

公式看书。

作出图，并作线性拟合，由直线斜率K求出电阻温度系数，为被测电阻在零摄氏度时的阻值。

实验16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?

提示：

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。

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。

2.如果在望远镜中观察到的谱线是倾斜的，应如何调整？

提示：

这是由于平行光管透光狭缝倾斜不竖直所致。

应把平行光管透光狭缝调竖直。

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？

提示：

参阅教材，记光栅方程。

4．用白光照射光栅时，形成什么样的光谱？

提示：

白光是波长分布连续的复色光，可从光栅方程衍射角与波长关系来分析。

（除0级谱线为白光亮线外，各级是从紫光到红光排列的彩色光谱）

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？

提示：

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）。

6．实验中当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象？

为什么？

提示：

狭缝太宽则分辨本领下降，如两条黄光线分辨不清；太窄，透光量太少，光线亮度太弱，视场太暗不利于测量。

7．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？

提示：

从光栅方程和衍射角最大可能范围是900来考虑

（由光栅方程，显然φ=900时，有）

实验17等厚干涉实验

1.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？

（掌握求曲率半径的数据处理方法）

提示：

由同一厚度薄膜产生同一级干涉条纹的干涉称作等厚干涉．

2.试比较牛顿环和劈尖的干涉条纹的异同点.

提示：

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。

原理相同（等厚干涉）。

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？

提