大学物理实验教程第三版答案.docx
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大学物理实验教程第三版答案
大学物理实验教程第三版答案
【篇一：
大学物理教程实验报告详细答案】
验的目的
（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。
实验方法原理
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u/v
1
u
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，
5.42.00270012.0838.054.7
6.92.60265422.2242.052.9
2
1
8.53.20265632.5047.053.2
i/ma
1
测量次数
u/v
2
2
（1）由
（2）由
maxmax
1
2
=
（3）再由ur
r
+
r2
），求得r1910?
1?
；
3
（4）结果表示
1
2
（441）
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
k
k
（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
左1级（k=-1）
e0.33％0.45％0.51％0.44％
（1）与公认值比较
l（明）
2（明）
（明）
（明）
579.0577.9546.1435.8
（2）计算出紫色谱线波长的不确定度
?
其中
?
?
+
（ab）sin?
u?
?
=a+?
cos15
60180092
1.
2.
?
-6
-9
∴k=2*10/589.0*10=3.4
-6
-9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
（2）电光源发光后,其照度随距光源的距离的平方成（r）反比即光电管得到的光子数与r2成反比,因此打出的电子
2
数也与r成反比,形成的饱和光电流也与r2成反比,即i∝r-2。
（3）若给光电管接反向电压u反，在eu反mv/2=eu时（v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u。
实验步骤
max
s
max
s
（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i，然后加反向电压使光电流刚好为“0”，记下电压值u；
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。
0
s
（1）u/v-0.6401.02.04
4.016.8535.086.018.7840.068.019.9050.041.51
10.019.960.030.87
20.019.94
30.019.9570.020.53
40.019.9780.0150.32
（2）l/cm1/l
2
20.0525.0630.010
-10
10
20
30
40
50
伏安特性曲线照度与光电
流曲线
（3）零电压下的光电流及截止电压与照度的关系
20.0
1.96
30.01.060.65
35.00.850.66
40.00.640.62
50.00.610.64
60.00.580.65
70.00.550.63
答：
临界截止
u/v
s0.64
25.01.850.63
1.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?
电压与照度无关，实验结果与理论相符。
2
s
s
o
o
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替的同心圆环——牛顿环。
透镜的曲率半径为：
r=实验步骤
dmdn?
?
（1）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。
环的级数
20.646
％
1821.86227.970822.88126.96520.629
1622.04127.811623.16226.72320.612
环的位置／mm环的级数
环的位置／mm
c
2
m
2
n
2
2
=0.6％
r
?
y
（）
=?
r
?
u（）?
u（）?
?
u（）?
+=?
y?
?
m?
n?
+m?
n?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
20.6?
8.910?
35
ur
r
c
c
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
1
2
=
d有
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
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
dd；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
1
2
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
【篇二：
大学物理实验教程预习思考题答案】
class=txt>【预习思考题】
2．等势线和电场线之间有何关系？
等势线和电场线处处相互垂直。
3．在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的？
此处的电场线和等势线与边界有什么关系？
它们对被测绘的电场有什么影响？
在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。
此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边界。
这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间中的分布特性。
【分析讨论题】
1．如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化？
电场强度和电势分布是否发生变化？
为什么？
如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分布更为密集。
因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，相应的电场强度就会增加。
2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？
测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：
电极形状偏离圆形，导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。
3．从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的等势线半径和理论值相比是偏大还是偏小？
有哪些可能的原因导致这样的结果？
⑴偏大，可能原因有电极直径测量偏大，外环电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏大等；⑵偏小，可能原因有电极直径测量偏小，中心电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏小等。
３.分光计【预习思考题】
1.分光计由哪几部分组成，各部分的作用是什么？
答：
分光计由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分组成。
（2）望远镜用来观察和确定光束的行进方向。
（3）载物台用来放置光学元件。
（4）读数装置用来测量望远镜转动的角度。
2.调节望远镜光轴垂直于仪器中心轴的标志是什么？
答：
通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。
3.“+”字像、狭缝像不清晰分别如何调整？
答：
（1）“+”字像不清晰说明分划板没有位于物镜的焦平面上，应松开目镜紧锁螺钉，前后伸缩叉丝分划板套筒，使“+”字像清晰并做到当眼睛左右移动时，“+”字像与叉丝分划板无相对移动，然后锁紧目镜紧锁螺钉。
（2）狭缝像不清晰说明狭缝没有位于平行光管准直透镜的焦平面上，应松开狭缝紧锁螺钉，前后伸缩狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中清晰地看到边缘锐利的狭缝像时，然后锁紧狭缝紧锁螺钉。
【分析讨论题】
1.当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于“”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？
当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？
应怎样调节？
答：
（1）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于“”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明载物台没调好，望远镜已水平。
应调载物台下调平螺钉b或c，使双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。
（2）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜不水平，双面镜镜面法线已水
平。
应调节望远镜倾角螺钉，使双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。
2.如何用反射法（一束平行光由三棱镜的顶角入射，在两光学面上分成两束平行光）测三棱镜的顶角？
解：
如图所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱镜顶角上，分别射向三棱镜的两个光学面ab和ac，并分别被反射。
由反射反射法光路图
定律和几何关系可证明反射光线1、2的夹角与棱镜顶角关系为先使望远镜接收光线1，记下两个角游标的读数和，然后，再转动望远镜使望远镜接收光线2，记下两个角标读数和，两次读数相减即得
４.灵敏电流计特性研究
【预习思考题】
1.叙述电流常数的物理意义。
为什么使用灵敏电流计作定量测量时需测定电流常数？
答：
灵敏电流计的电流常数（分度值），是由灵敏电流计本身结构决定的一个常数，表示“光指针”每偏转单位长度（此处为一个最小分度）所需的电流，单位是a/div.
因为测定出电流常数才能知道最小分度代表多少电流，这样可以根据指针偏转的格数确定电流值。
2.本实验采用两次分压电路（参见图5.1-6）的目的是什么？
答：
由于灵敏电流计只能通过极小电流，因此，实验电路采用两次分压电路以获得灵敏电流计允许的低电压。
3.灵敏电流计与普通电流计的构造有何不同？
说明其灵敏度高的原因。
答：
电流常数的倒数称为灵敏电流计的电流灵敏度
为了提高灵敏电流计的灵敏度，灵敏电流计与普通电流计的构造不同，其读数系统采用多次反射光学系统（即在光路中增加反射镜），这相当于增大了式中的值，而且结构也不因此而庞大。
【分析讨论题】
1.推证“半偏法”测内阻的原理。
答：
参见图5.1-6，当r2=0，“光指针”偏转格数为d0,即当r2=r2′，“光指针”偏转格数为d0/2（半偏），此时
所以，，rg=r2′
2.说明力矩m磁、m弹、m阻产生的原因以及它们对线圈的作用。
答：
线圈的竖直两边所在处磁场的磁感应强度大小相等、方向始终在线圈本身的平面内，从而它们受到的安培力大小相等、方向始终与线圈平面垂直，这一对力产生的磁力矩即为。
线圈偏转使得悬丝发生扭转而产生反方向的弹性恢复力矩。
m磁和m弹决定了线圈最后到达的平衡位置。
线圈在转动时，还要受到电磁阻尼力矩的作用，电磁阻尼力矩的大小决定线圈的运动特性。
【篇三：
大学物理实验教材课后思考题答案】
txt>一、转动惯量：
1．由于采用了气垫装置，这使得气垫摆摆轮在摆动过程中受到的空气粘滞阻尼力矩降低至最小程度，可以忽略不计。
但如果考虑这种阻尼的存在，试问它对气垫摆的摆动（如频率等）有无影响？
在摆轮摆动中，阻尼力矩是否保持不变？
答：
如果考虑空气粘滞阻尼力矩的存在，气垫摆摆动时频率减小，振幅会变小。
（或者说对频率
有影响，对振幅有影响）
在摆轮摆动中，阻尼力矩会越变越小。
2．为什么圆环的内、外径只需单次测量？
实验中对转动惯量的测量精度影响最大的是哪些因素？
答：
圆环的内、外径相对圆柱的直径大很多，使用相同的测量工具测量时，相对误差较小，故只
需单次测量即可。
（对测量结果影响大小）
实验中对转动惯量测量影响最大的因素是周期的测量。
（或者阻尼力矩的影响、摆轮是否正常、平稳的摆动、物体摆放位置是否合适、摆轮摆动的角度是否合适等）3．试总结用气垫摆测量物体转动惯量的方法有什么基本特点？
答：
原理清晰、结论简单、设计巧妙、测量方便、最大限度的减小了阻尼力矩。
三、混沌思考题
1.
有程序（各种语言皆可）、k值的取值范围、图+5分有程序没有k值范围和图+2分
只有k值范围+1分有图和k值范围+2分
2.
（1）．混沌具有内在的随机性：
从确定性非线性系统的演化过程看，它们在混沌区的
行为都表现出随机不确定性。
然而这种不确定性不是来源于外部环境的随机因素对系统运动的影响，而是系统自发产生的
（2）．混沌具有分形的性质（3）．混沌具有标度不变性（4）．混沌现象还具有对初始条件的敏感依赖性：
对具有内在随机性的混沌系统而言，从两个非常接近的初值出
发的两个轨线在经过长时间演化之后，可能变得相距“足够”远，表现出对初值的极端敏感，即所谓“失之毫厘，谬之千里”。
答对2条以上+1分，否则不给分，只举例的不给分。
四、半导体pn结
（1）用集成运算放大器组成电流一电压变换器测量10?
6~10?
11a电流，有哪些优点?
答：
具有输入阻抗低、电流灵敏度高、温漂小、线性好、设计制作简单、结构牢靠等优点。
（2）本实验在测量pn结温度时，应该注意哪些问题？
答：
在记录数据开始和结束时，同时都要记录下干井中温度?
，取温度平均值。
（3）在用基本函数进行曲线拟合求经验公式时，如何检验哪一种函数式拟合得最好，或者拟合的经验公式最符合实验规律？
答：
运用最小二乘法，将实验数据分别代入线性回归、指数回归、乘幂回归这三种常用的基本函数，然后求出衡量各回归方程好坏的拟合度r2。
拟合度最接近于1的函数，拟合得最好。
五、地磁场
（1）磁阻传感器和霍耳传感器在工作原理有什么区别？
答：
前者是磁场变化引起材料阻值变化，最终使得电桥外接电压转变为对应的输出电压；后者是磁场变化引起流经材料内部的载流子发生偏转而产生电压。
（2）为何坡莫合金磁阻传感器遇到较强磁场时，其灵敏度会降低？
用什么方法来恢复其原来的灵敏度？
答：
传感器遇到强磁场感应时，对应的磁阻材料将产生磁畴饱和现象，外加磁场很难改变磁阻材料的阻值，所以传感器灵敏度会降低。
方法是：
在硅片上设计两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，可用此来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分（当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系），使磁阻传感器输出显示线性关系。
（或者按复位键）
六、牛顿环
1．利用透射光观测牛顿环与用反射光观测会有什么区别?
答：
干涉条纹明暗互补，即，在透射方向观察因不存在半波损失，仍会观察到亮暗相间的同心圆环干涉条纹，但亮暗正好与在反射方向观察互补！
2．测量暗环直径时，叉丝交点没有通过环心，因而测量的是弦而非直径，对实验结果是否有
影响?
为什么?
答：
2
rk2?
lk?
?
2222rm?
rn2?
lm?
ln
条纹间距?
r?
（k?
1）r?
kr
?
r（k?
1?
k）
1
?
r?
k?
1?
k
k?
?
r?
随着环数增加，条纹越密所以
所以，没有影响，圆环直径的平方差等于对应的弦的平方差。
为什么由平凸透镜和平板玻璃形成的牛顿环离中心越远，条纹越密?
答：
第k级暗环的半径r?
kr?
k
七、麦克尔逊干涉仪
1.测he-ne激光波长时，微调手轮始终只能朝一个方向转动，为什么？
答：
防止引入空程差。
2.为什么m1与m2必须完全平行时，才能见到一组同心的圆形干涉条纹？
如果m1与m2不平行，将出现什么样的干涉条纹？
?
?
答：
当m1和m2′平行，设m1和m2′距离为d，面光源上某点发出的光线以相同的入射角i入射，经反射后，相干光1、2的光程差?
?
2dcosi。
由上式可知，当d一定时，光程差仅与入射角有关，即具有同一入射角i的光束所形成的是光程差相同的同级条纹。
在整个干涉区域内，不同倾角的光束可形成以e为圆心的一组明暗相间的同心圆环。
当m1、m2′不再平行而是有微小夹角?
、且m1和m2′之间形成的楔形空气层较薄时，会形成等厚干涉条纹。
如果入射角?
很小，光束近于垂直入射时，cos?
=1-?
/2，故
2
2
答：
非定域干涉在光场中任何位置都可看到干涉条纹，定域干涉只能在某些特定的区域（无穷远或透镜焦平面处）观察到干涉条纹。
4．点光源照射时看到的干涉图与牛顿环实验中看到的干涉图从现象上看有什么共同之处？
从本质上看有什么共同之处、有什么不同之处？
答：
从现象上看都是同心圆环状的干涉条纹，内疏外密。
从本质上看都是分振幅法产生的干涉图像，迈克尔是等倾干涉，级次内高外低；牛顿环是等厚干涉，级次内低外高。
5．测量石英晶片厚度时，为什么必须用白光而不用单色光？
白光干涉条纹在没有补偿板的情况下能否调出来？
答：
白光相干长度特别小，只有当光程差几乎为零时才发生干涉，加入石英晶片后光路2的光程改变了，只有光路2的长度改变使光程差再次相等时才能再次出现干涉条纹。
如果用其他光，比如激光，由于激光的相干长度较大，即使光程差不相等，光程差不为零，也能出现干涉条纹，公式4.16.8中的d就不准确，不能用来计算晶片厚度。
6．空气折射率与压强
升级会员 