大学物理实验考试题及知识点.docx
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大学物理实验考试题及知识点
大学物理实验考试题及知识点
公共实验知识点
1.主要仪器的结构、特点、各元件的空间分布（构造关系）；3．仪器的精度、调节及使用细节、注意事项等
1.仪器原理；2.测量原理（公式推导、图、测量方案描述）
1.测量量、测量方法及有效数据；2.测量先后顺序；3.故障的分析和解决
误差理论
测量的定义；有效数字及其运算法则；误差的定义&分类；不确定度（直接测量量&间接测量量）&结果表达
四种数据处理方法
长度
1.千分尺、游标卡尺和读数显微镜构造（图）和个主要元件名称及用途；2.千分尺、游标卡尺和读数显微镜读数精度、调节及使用细节、注意事项（零点偏差/回程误差）等
1.千分尺、游标卡尺和读数显微镜读数原理；2.圆柱筒含金属体积的计算公式和不确定度公式的推导；3.测量的定义以及阿贝定则（阿贝原则是仪器设计中一个非常重要的设计原则。
古典的阿贝原则是阿贝于1890年提出的一项测量仪设计的指导性原则。
他说：
要是测量已给出精确的测量结果，必须将被测件布置在基准元件沿运动方向的延长线上。
因此可以称为共线原则。
阿贝原则：
被测量轴线只有与标准量的测量轴线重合或在其延长线上时，测量才会的到精确地结果。
阿贝原则是长度计量的最基本原则，其意义在于它避免了因导轨误差引起的一次测量误差。
在检定和测试中遵守阿贝原则可提高测量的准确度，特别是在使用不符合阿贝原则的仪器时，更要注意阿贝原则的应用。
例：
千分尺，内径千分尺等符合；游标卡尺不符合。
）
1.千分尺、游标卡尺和读数显微镜的调节、读数及有效位数；2.读数显微镜十字叉丝和缝的排放问题。
直接测量、间接测量（多次）不确定度（保留计算过程）
密度
1.物理天平的构造（图）和个主要元件名称及用途；2.物理天平的调节、感量（灵敏度）测量、使用细节、注意事项等；3.比重瓶的构造和使用。
1.流体静力称衡法测铜块密度的测量原理和公式；2.比重瓶法测铅粒密度的测量原理和公式；（3.两者的区分、适用性）流体称衡法是用密度=质量/体积阿基米德定律，可以测量不规则固体也可以测量液体密度
比重法测量物体密度是m1/ρ1=m2/ρ1即为比重瓶法，体积一定，用已知一种液体的密度测量另一未知液体的密度，也可以测固体小颗粒的密度
复秤法的读数问题；快速调节天平底座水平、横梁平衡和检测灵敏度。
快速称衡质量（砝码的增减顺序等）,测量过程中影响测量结果的因素（气泡等）
计算百分误差
落球法测重力加速度
1.自由落体实验仪构造及读数方法；2.存储式毫秒计时器的使用
三种实验方式的基本内容及其引入误差的比较分析
1.自由落体实验仪的铅直调节；2.临界点选取；3.实验中测量下落时间所选择的计时功能
分别用公式法和画图法得到本地重力加速度
用单摆测定重力加速度
1.单摆实验仪构造及使用方法；2.存储式毫秒计时器的使用
1.单摆测定重力加速度的基本原理；2.单摆周期随摆长变化的规律
1.单摆实验仪铅直调节；2.得到均匀摆的方法；3.实验中测量下落时间所选择的计时功能
1.得到本地重力加速度；2.验证摆长与单摆周期的变化关系
示波器使用
示波器的基本结构；示波器、信号发生器的调节和连接；移相器的连接；示波器使用
示波器成像原理；各旋钮功能；数据测量方法；李萨如法的原理
波形参数的读取（两种读数方法）及有效数字；李萨如法的测量量；仪器调节过程中可能出现的问题
1.两种方法测量电压峰值和信号频率（求电压有效值），2.测量两相干信号的相位差
RC暂态RC串联电路在阶跃电压的作用下,从开始发生变化到稳态的过程叫暂态过程.
实验原理就是电容的充放电，利用暂态过程可以将矩形波变为锯齿波或尖峰波
电路连接；示波器的信号线连接
充放电过程分析；τ值的意义；τ越小，充放电速度越快
测量量（7组数据）及测量先后顺序；UR、UC的观测和描绘以及分析；临界过程的判断
1.绘出UR、UC的变化曲线并分析，2.测量充电过程中各点的u～t值；画图法计算τ值
惠氏电桥
电路连接；电位器&双向开关的构造和使用；检流计&电阻箱（铭牌：
额定电流、功率、精度等）
电桥原理，换流&换臂的意义；灵敏度的意义定义1：
仪表、传感器等装置与系统的输出量的增量与输入量增量的比。
定义2：
计量仪器的响应变化值除以相应激励变化值。
定义3：
系统参数的变化对系统状态的影响程度。
粗调&细调；换臂&换流；故障排除；灵敏度（单电压测量）
1.计算得到待测电阻和电桥灵敏度，2.电阻不确定度的计算
非线性伏安特性
各个测量仪器的量程和精确度；限流&分压电路连接
伏安特性的意义和用途；
电路连接；测量数据&间隔选择；观测各种元件的伏安曲线
1.分析两种元件的伏安特性曲线，2.最小二乘法对非线性曲线的拟合得到正向伏安曲线公式
焦距测量
各种透镜的辨别和焦距估测
物距、象距的定义及方向（正、负）；等高共轴；凸凹透镜焦距测量的方法；景深概念
等高共轴的粗细调节方法；测量量及测量方法
1.计算透镜焦距，2.利用景深计算焦距的不确定度
牛顿环
读数显微镜调节&使用；牛顿环仪的构造；钠光灯
干涉定义&相长\相消；形成牛顿环的原理及测量公式&实验光路图
半反半透镜的使用；环数的确定及读取；读数方法；注意事项
公式计算结果，取平均得到R
一、选择题（每题4分，打“*”者为必做，再另选做4题，并标出选做记号“*”，多做不给分，共40分）
1
某间接测量量的测量公式为
，直接测量量x和y的标准误差为
和
则间接测量量N的标准误差为？
B
；
，
2
。
用螺旋测微计测量长度时，测量值=末读数—初读数（零读数），初读数是为了消除（A）
（A）系统误差（B）偶然误差（C）过失误差（D）其他误差
3
在计算铜块的密度ρ和不确定度
时，计算器上分别显示为“8.35256”和“0.06532”
则结果表示为：
（C）
（A）ρ=（8.35256±0.0653）（gcm–3），
（B）ρ=（8.352±0.065）（gcm–3），
（C）ρ=（8.35±0.07）（gcm–3），
（D）ρ=（8.35256±0.06532）（gcm–3）
（E）ρ=（
±0.07）（gcm–3），
（F）ρ=（8.35±0.06）（gcm–3），
4
以下哪一点不符合随机误差统计规律分布特点（ C）
（A）单峰性（B）对称性（C）无界性有界性（D）抵偿性
5
某螺旋测微计的示值误差为
，选出下列测量结果中正确的答案：
（B）
A．用它进行多次测量，其偶然误差为
；
B．用它作单次测量，可用
估算其误差；
C.用它测量时的相对误差为
。
无单位；
有单位。
6
在计算数据时，当有效数字位数确定以后，应将多余的数字舍去。
设计算结果的有效数字取4位，则下列正确的取舍是：
（B）四舍六入逢单配双
A：
4.32749→4.328；B：
4.32750→4.328C：
4.32851→4.328D：
4.32850→4.329
7、在气体比热容比测定实验中，由于大气压强变大,则小球的振动周期将 （ Ｂ ）
（A）变大（B）变小（C）不变（D）不确定
8、分光计采用双游标读数的原因是（C）
A:
消除视差引起的系统误差B:
消除视差引起偶然误差
C:
消除偏心差引起的系统误差D:
消除偏心差引起的偶然误差
9、扭摆仪上只有圆盘时，其摆动周期为T1，放上待测物体后，摆动周期为T2，则（Ａ）
（A）T1T2（D）不能确定
10、若给示波器y轴输入一个周期性三角波电压，在x轴输入一个直流电压，则示波器显示的波形为（Ａ）
（A）（B）（C）（D）
11、牛顿环是一种：
（D）
A．不等间距的衍射条纹；干涉B．等倾干涉条纹;迈克尔孙干涉仪
C．等间距的干涉条纹；中间疏外边密D．等厚干涉条纹。
12、下列哪些概念不适用拉伸法测杨氏模量实验。
（ Ｄ ）
A．逐差法B.补偿法
C．光放大法D.异号法
13、用霍尔法测直流磁场的磁感应强度时，霍尔电压的大小：
（Ｂ）
A：
与霍尔材料的性质无关；B：
与外加磁场的磁感应强度的大小成正比；
C：
与霍尔片上的工作电流
的大小成反比；D：
与霍尔片的厚度
成正比；
14．伏安法测电阻时，电流表内接使得电阻的测量值比实际值；电流表外接使得电阻的测量值比实际值。
（C）
A大，大;B小，小;C大，小;D小，大
15．选出下列说法中的正确者：
（A）
Ａ：
QJ36型双臂电桥的特点之一，是它可以大大降低连接导线电阻的影响。
B：
QJ36型双臂电桥连接低电阻的导线用铜片来代替，从而完全消除了导线引入的误差。
C：
QJ36型双臂电桥设置“粗”、“细”调按钮，是为了避免电源烧坏。
检流计
D：
双桥电路中的换向开关是为了保护被测的低电阻，以避免过度发热而烧坏。
P228减小电源回路中的热电动势的影响而产生系统误差
二、填空题：
（每题4分，打“*”者为必做，再另选做4题，并标出选做记号“*”，多做不给分，共40分）
1
大学物理实验课程的教学主要由三个环节构成实验前预习；实验中的操作；
实验后的报告。
2
若某一测量值y的真值为
，则
称为该测量值的绝对误差，
称为测
量值的相对误差。
3
指出下列情况分别属于系统误差还是随机误差：
P6/7/8
1）电源电压不稳定引起的测量值微小波动随机误差偶然误差，具有随机性
2）天平使用前未调平衡系统误差误差大小和方向都保持不变
3粗大误差：
明显超出规定条件下预期值得误差
4
若某待测物的标准长度为2.36444
，若用最小分度值为1mm的米尺测，其值应为
_____23.6
，若用精度为0.002
得游标卡尺测量，其值应为23.64
，用精度为0.01
的螺旋测微计测量，其值应为23.644
。
5
用米尺（最小分度值为1mm）测量某物体的长度L，其起点在米尺10cm刻度线上，终点
恰好在米尺的20cm刻度线上。
用有效数字来表达L的测量值100.0mm。
数据处理最基本的有如下三种方法列表法、作图法、逐差法。
7、有一电流表，量限为100μA，内阻为1000Ω，用它可以直接测量的最大电压是0.1伏，现欲将其改装成量限为1mA的电流表，需要并联一个阻值为111Ω的电阻。
8、金属丝杨氏弹性模量的测定实验中，为了消除弹性滞后效应引起的系统误差，测量中采
用对称测量方法消除滞后量的影响。
9、要在示波器荧光屏上显示n个完整而稳定的正弦波形，条件是Tx=nTy,n=1,2,3……
式中Tx为锯齿波周期，Ty为正弦周期。
10、分光计由平行光管；读数装置；载物台；望远镜主要部件构成。
11、霍尔效应实验中测量霍尔电压时换向开关的作用是用“对称测量法”消除副效应的影响。
12、当光照射在物体上时，光的能量转换为物体某些电子的能量，使这些电子逸出物体表面，
这种现象称为光电效应，利用这一效应测定了普朗克常数。
13、在伏安特性研究实验中，有电流表内接和外接两种接法，在同一条件下测量两组数据，如果电流表读数变化相对明显，应选用内接；如果电压表读数变化相对明显，则选用外接。
14、由于连线和接触电阻的存在，用单臂电桥测量低电阻时很不精确。
三.解答题：
（选做二题，每题十分）
1、已知动态悬挂法杨氏模量公式为
，请推出杨氏模量
的不确定度公式。
P15
解：
;
；
同理：
；
；
T=0.02s
2、
（1）用示波器观测50Hz的正弦交流电信号，当荧光屏上调出两个周期稳定的波形时，其扫描电压的周期是（0.04s），
T=0.001s
（2）如示波器扫描频率为1000Hz时，将扫描长度调整为5cm，则每厘米代表的时间为（0.0002s）.
3、用一级千分尺（
）重复测量某圆柱体的直径共六次，测量值为（单位
）：
6.298、6.296、6.278、6.290、6.262、6.280；试求测量结果
过程、单位、不确定度
4、用惠斯登电桥测定铜丝在不同温度下的电阻值。
数据见表。
试求铜丝的电阻与温度的关系。
数据表
温度t（
）
24.0
26.5
31.1
35.0
40.3
45.0
49.7
54.9
电阻
2.897
2.919
2.969
3.003
3.059
3.107
3.155
3.207
解：
以温度t为横坐标，电阻R为纵坐标。
横坐标选取2mm代表
，纵坐标
代表
。
绘制铜丝电阻与温度曲线如图所示。
由图中数据点分布可知，铜丝电阻与温度为线性关系，满足下面线性方程，即：
在图线上取两点（如图所示），计算截距和斜率得：
所以，铜丝电阻与温度的关系为：
铜丝电阻与温度的关系
一、填空题：
（每题4分，打“*”者为必做，再另选做5题，并标出选做记号“*”，多做不给分，共40分）
1
在科学实验中，一切物理量都是通过测量得到的，测量结果应包括测量的平均值、不确定度、单位，三者缺一不可。
2
随机误差的分布具有四个特点，即单峰性、对称性、有界性、抵偿性。
3
则
有几位有效数字3位。
保留的有效数字，只需与诸因子中有效数字最少的一个相同
小数点后所保留的位数与诸数中小数点后位数最少的一个相同
乘方和开方与其底的有效位数相同
4*我们所学过的数据处理方法有列表法、作图法、逐差法。
5*用米尺测得某物体的长度为４.32cm,现有精度为0.02mm的量具，则测量结果有4有效数字（
）mm；若用精度为0.015mm的量具测量，则应有5位有效数字（
）mm。
6、实验室常用电阻箱设计四个接头（“0”，“0.9”，“9.9”和“99999.99”）的主要作用是
可以避免电阻箱其余部分的接触电阻和导线电阻对低阻值带来了不可忽略的误差。
。
当你需要一个阻为8.5Ω的电阻时，应接将导线接到“0”和“9.9”Ω接线柱上。
7、要在示波器荧光屏上显示n个完整而稳定的波形，条件是Tx=nTy,n=1,2,3……
式中Tx为锯齿波周期，Ty为正弦周期。
如果Ty=Tx，则示波器荧光屏上可看到一个完整波形。
8、在静电场模拟测绘的实验中，我们采用了模拟实验法方法，这一方法需要满足的条件是：
1、具有相同的数学表达式；2、相同的边界条件。
9、用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径,用的公式是
而不是
原因是因为接触面间或有弹性形变，很难准确地判定干涉级次。
10、有一阻值为300Ω的电阻应用单臂电桥来测量。
1Ω以上用单臂电桥，1Ω以下用双臂电桥
11、分光计是测量入射光和出射光之间偏转角度的仪器，分光计主要由平行光管、望远镜、载物台、读数装置组成。
12、杨氏弹性模量是反映固体材料力学性质的物理量，光杠杆的作用是测量微小长度变化，测量前悬挂2公斤砝码的目的是使得钢丝拉直。
13、电位差计采用了补偿法测量电动势。
它由①工作电流调节回路、②校准回路、③测量回路三个基本回路构成。
14、电表改装实验中表头的内阻和灵敏度采用__半值法_____法测量，改装电流表时，与表头并联的电阻起__分流____作用。
改装后的电流表必须经过__校准___才能使用。
15、在测量固体导热系数实验中，采用稳态法测量不良导热体的导热系数。
16、夫兰克—赫兹实验验证了能级的存在。
17、测量霍尔电压时换向开关的作用是用“对称测量法”消除副效应的影响。
二、是非题：
（每题2分，打“*”者为必做，再另选做4题，并标出选做记号“*”，多做不给分，共20分）
1*、大量的随机误差服从正态分布，一般说来增加测量次数求平均可以减小随机误差。
（√）
2*、由于系统误差在测量条件不变时有确定的大小和正负号，因此在同一测量条件下多次测量求平均值能够减少误差或消除它。
（×）
3*、一个物理量是由可靠数字与可疑数字组成。
（×）有效数字+单位
4*、测量结果的有效数字位数越多，测量的准确度就越高，因此实验数据处理结果应多保留几位有效数字。
（×）
5*、用精度很高的仪器对物理量进行测量，就能获得该物理量的真值。
（×）
6*、某测量数据的单位换算，其有效数字的位数也随着变化。
（×）
1.11m,11.1cm,111mm
7、在测量金属杨氏弹性模量的实验中，光杠杆的放大倍数与望远镜放大倍数有关。
（×）
8、示波器的内扫描电压波形为正弦波电压（×）锯齿波
9、在用牛顿环测定透镜曲率半径的实验中，观察到的干涉条纹（即牛顿环）中心应为亮斑。
（×）暗斑
10、在迈克尔逊干涉仪中，如果两平面反射镜M1和M2调整到严格垂直，则观察到的等倾干涉图样是同心圆。
（√）
11、根据磁聚焦原理，电子在电场和磁场中作螺旋运动，改变电子的螺距，可以调节磁偏转电流。
（ × ）
12、分光计刻度圆盘同一直径的两端各装有一个游标是为了读数方便。
（×）
13、气垫导轨的动态调平要求是指滑块在导轨上作匀速运动。
（√）
14、二极管是一种线性电子元件。
（×）二极管、三极管、热敏电阻和光敏电阻都是非线性元件
15、用电磁感应法测磁场的磁感应强度时，在感应线圈平面的法线与磁力线成直角时，感应电动势幅值绝对值最大：
（ × ）
16、扭摆法测定物体转动惯量是用累积放大法测量运动周期的。
（√）
17、在复摆实验中，物体摆动角度可以任意的。
（×）
三、选择题（每题4分）
1、在多次测量的随机误差遵从高斯分布的条件下，真值处于
区间内的概率为（B）P8
A、57.5%B、68.3%C、95.0%D、100%
单倍总体标准偏差双倍95.4%
2、以下哪一点不属于高斯分布的特点（C）
A、单峰性B、对称性C、无界性D、抵偿性
3、下面说法正确的是（D）
A、系统误差可以通过多次测量消除B、随机误差一定能够完全消除
C、记错数是系统误差粗大误差D、系统误差是可以减少甚至消除的
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