第4章 综合性实验剖析.docx

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第4章综合性实验剖析

大学物理实验

课前预习情况检查题集

张映辉

大连海事大学

物理实验教学中心

2009年9月

第1章测量误差、不确定度和数据处理

课前应回答的问题

1．什么是直接测量？

什么是直接测量量？

2．什么是间接测量？

什么是间接测量量？

3．什么是等精度测量？

什么是非等精度测量？

4．什么是测量的正确度?

什么是测量的精密度?

什么是测量的准确度?

5．什么是系统误差？

什么是随机误差？

6.系统误差有什么特点？

7.系统误差产生的原因是什么？

8.减小系统误差的方法有哪些？

9.正态分布的随机误差有何特点？

10.测量列的标准偏差是如何定义的？

11.什么是置信概率？

什么是置信区间？

12.什么是

判据？

13.测量的不确定度是如何定义的？

14.如何计算不确定度的A、B类分量？

15.如何计算直接测量量的合成不确定度？

16.评定直接测量量的测量结果的步骤有哪些？

17.如何计算间接测量量的合成不确定度？

18.评定间接测量量的测量结果的步骤有哪些？

19.什么是有效数字？

20.如何确定直接测量量的有效数字？

21.间接测量量有效数字的运算规则是什么？

22.最基本的实验数据处理方法有哪几种？

23.列表的基本要求是什么？

24.作图的基本方法是什么？

25.如何用图解法处理实验数据？

26.最小二乘法线性拟合的原理是什么？

27.什么是逐差法？

逐差法的适用条件是什么？

有何优点？

28.物理实验的基本测量方法有哪些？

29.什么是直接比较法？

什么是间接比较法？

30.什么是放大法？

常用的放大法有哪几种？

31.什么是参量转换法？

什么是能量转换法？

32.什么是模拟法？

常见的有哪几种？

33.如何正确使用Origin软件？

第2章物理实验的基本训练

2.1基本物理量的测量和实验室常用器具

2.2物理实验的基本调整和操作技术

课前应回答的问题

1.长度测量的主要器具有哪些？

2.游标卡尺由哪几部分组成？

读数原理是什么？

3.使用螺旋千分尺测量时应注意什么问题？

4.使用读数显微镜测量长度时应注意什么问题？

5.天平使用时应注意什么问题？

6.天平的操作规则是什么？

7.直流电表使用时应注意什么问题？

8.电磁学实验的操作原则是什么？

9.滑线变阻器在电路中的两种常用接线方法是什么？

10.如何选择平衡电桥的比例倍率？

11.实验室常用的光源有哪些？

12.光学仪器的使用规则是什么？

13.物理实验中常用的基本调整和操作技术有哪些？

14.如何调整仪器的初态和安全位置？

15.如何调整仪器的零位（零点）？

16.如何进行仪器的水平、铅直调整？

17.如何进行仪器的消除视差调整？

18.如何对仪器进行调焦？

19.如何对仪器进行等高共轴调整？

20.如何消除仪器空程误差？

21.如何对仪器进行逐次逼近调整？

22.如何进行先定性、后定量测量？

23.如何按回路接线法进行接线？

24.测量中何时采用跃接法？

2.3基本操作练习

2.3.1长度与体积的测量

实验前应回答的问题

1.游标卡尺的结构特点和读数原理是什么？

2.螺旋千分尺的结构特点和读数原理是什么？

3.读数显微镜的结构特点和读数原理是什么？

4.用游标卡尺正确测量物体长度时需注意哪些问题？

5.用螺旋千分尺正确测量物体长度时需注意哪些问题？

6.用读数显微镜正确测量物体长度时需注意哪些问题？

2.3.2电学基本仪器使用

实验前应回答的问题

1.如何连接电路？

直流电表使用时应注意什么?

2.电桥平衡的条件是什么？

实验时如何选择比例倍率？

3.电磁学实验的操作原则是什么？

4.电学实验中，常用的基本仪器有哪些？

5.滑线变阻器在电路中有几种常用的接线方法？

2.3.3物体密度的测量

实验前应回答的问题

1．测量密度的基本方法有哪些？

流体静力称衡法和比重瓶法分别适合于测量哪类物体的密度？

原理分别是什么？

2．待测固体上有气泡会对实验的结果有什么影响？

应如何排除？

3．如何用流体静力称衡法测密度小于水的固体的密度？

4．比重瓶内残留的气泡和瓶外残存的液体对测量的结果有什么影响？

5．天平的使用过程分为几步？

6．如何调节天平底座水平？

7．天平使用的注意事项有哪些？

第3章基础性实验

实验3.1扭摆法测物体转动惯量

实验前应回答的问题

1．什么是转动惯量？

转动惯量与物体的哪些量有关？

2．怎样用扭摆法测定物体的转动惯量？

需要测量哪些物理量？

3．如何测定弹簧的扭转常数?

4．当物体的转轴发生平行位移，其转动惯量会发生怎样变化？

5．如何来验证平行轴定理？

实验3.2光杠杆法测量固体线膨胀系数

实验前应回答的问题

1．什么是固体的线膨胀系数？

2．固体的线膨胀与哪些因素有关？

3．什么是光杠杆（OpticalLever）常数，其值大小对测量有影响吗？

4.如何调节望远镜（Telescope）？

实验3.3静态法测定金属丝的杨氏模量

实验前应回答的问题

1．测量微小长度的方法有哪些？

2．讨论利用逐差法处理数据的优缺点。

实验3.4用伸长法测量弹簧劲度系数

实验前应回答的问题

1.弹簧劲度系数是否会发生变化？

何时发生变化？

2.用伸长法测量弹簧劲度系数时，如何求弹簧的伸长量？

3.用逐差法处理数据有何优点？

4.利用焦利秤除了可以测量弹簧劲度系数，还可以测量哪些量？

实验3.5用补偿法测电源电动势和内阻

实验前应回答的问题

1．补偿法有几种？

2．使用标准电池应注意哪些事项？

3．用补偿法测量电源电动势的电路图是什么样的？

电路中共有几个回路？

4．为什么测量前要校准工作电流？

5．原理图中，

、

、

的极性是否可以全部反接？

为什么？

6．原理图中，若

、

、

中的一个（或两个）极性反接是否可以？

会有什么现象？

为什么？

实验3.6冷却法测量金属的比热容

实验前应回答的问题

1．物体的冷却速率与哪些条件有关？

2．为方便实验测量，用

代替了

，这种代换有哪些优缺点？

实验中的

取多少？

实验3.7电阻元件伏安特性的研究

实验前应回答的问题

1.什么是电学元件的伏安特性？

2.什么是线性电阻元件？

什么是非线性电阻元件？

3.什么是稳压管的正向特性和反向特性？

4.如何计算电阻的不确定度？

实验3.8霍尔法测磁场

实验前应回答的问题

1．霍尔效应是怎样产生的？

2．哪些效应影响测量的准确性？

如何减小这些效应的影响？

实验3.9分光计的调节与使用

实验前应回答的问题

1．分光计由哪几部分构成？

2．分光计调整好应达到哪四点要求，各根据什么视场现象来判断？

3．怎样判定望远镜适合观察平行光？

如何调整？

4．怎样判定望远镜光轴与分光计中心轴垂直？

如何调整？

5．怎样判定平行光管出射平行光？

如何调整？

6．怎样判定平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直？

如何调整？

7．转动望远镜时，如果越过了刻度的零点，则应该怎样计算望远镜转过的角度？

8.如何读取分光计读数盘上的读数？

9．分光计读数圆盘为什么要对称设置两个角游标读数？

实验3.10用牛顿环测透镜的曲率半径

实验前应回答的问题

1．什么是光的干涉？

2．两光波产生干涉的必要条件是什么？

3．如何获得相干光？

产生相干光的方式有几种？

4．使用读数显微镜要注意哪些问题？

5．什么是等厚干涉？

6.叙述牛顿环产生的原理，推导曲率半径公式。

实验3.11利用阿贝折射仪测量折射率和色散

实验前应回答的问题

1．什么是折射率？

什么是临界角？

2．阿贝折射仪能够测量哪些物理量？

3．阿贝折射仪测量折射率的原理是什么？

用阿贝折射仪测量折射率受到何种限制？

为什么？

4．如何校准阿贝折射仪？

5．如何确定折射率和浓度读数的有效数字？

实验3.12示波器的使用

实验前应回答的问题

1．示波器的灯丝、阴极、聚焦、偏转系统的结构和作用是什么？

2．示波器的波形是怎样形成的？

3．水平扫描的作用是什么？

4．李沙如图形测正弦波频率的原理是什么？

5．示波器面板上各旋钮的作用是什么?

如何正确使用?

实验3.13弦线上的驻波实验

实验前应回答的问题

1．简述波的叠加原理。

2．简述驻波的形成原理。

3．弦线的共振频率和波速与哪些条件有关？

实验3.14偏振光的观测与研究

实验前应回答的问题

1．什么是光的偏振？

光的偏振态分为哪几种？

2．通常采用什么方法将自然光变为偏振光？

3．什么是马吕斯定律？

4．布儒斯特角的意义及其测量方法？

5．如何获得线偏振光？

6.如何测量椭圆偏振光长短轴之比？

实验3.15平衡电桥与非平衡电桥特性的研究

实验前应回答的问题

1．电桥分为哪几类？

电容，电感也能组成电桥吗？

2．电桥平衡条件是什么？

什么是比例臂？

如何正确选取比例臂？

3．什么是非平衡电桥的灵敏度，单臂、双臂和四臂电桥的灵敏度有什么关系？

4．使用检流计时应注意哪些问题？

5．万用表测量电压是否准确？

实验中常用什么方法准确测量电压？

实验3.16空气比热容比的测定

实验前应回答的问题

1．写出理想气体物态方程，写出理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。

2．什么是定压比热容与定容比热容？

绝热指数是如何定义的？

3．实验原理是什么？

如何测量？

实验3.17计算机远程控制Pasco系列实验-力学部分

实验3.17.1牛顿运动定律的验证

实验前应回答的问题

1.什么是牛顿第二运动定律？

2.本实验应用了哪几种传感器？

各自起什么作用？

3.如何判断轨道是否水平？

实验3.17.2动量守恒定律的验证

实验前应回答的问题

1.什么是动量守恒定律？

动量守恒定律的前提条件是什么？

2.试举出几种动量守恒的例子。

3.本实验应用了哪几种传感器？

各自起什么作用？

实验3.17.3弹性材料应力-应变特性研究

实验前应回答的问题

1.什么是应力、应变？

什么是屈服点、折点？

什么是弹性域、塑性域？

2.本实验应用了哪几种传感器？

各自起什么作用？

第4章综合性实验

实验4.1液体表面张力系数的测定

实验前应回答的问题

1．什么是分子力（MolecularForce）？

2．什么是表面张力？

3．什么是扭秤常数，怎么测量？

4．硅压阻力敏传感器有什么性能？

5.拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象是什么？

实验4.2圆球法测定材料的导热系数

实验前应回答的问题

1.什么是导热系数？

2.导热过程的基本原理是什么？

3.什么是圆球法？

实验4.3落针法测液体粘滞系数

实验前应回答的问题

1．什么是粘滞力？

2．流体的粘滞系数与哪些因素有关？

3．测定液体粘滞系数的方法有哪些？

实验4.4用分光计测三棱镜顶角和折射率

实验前应回答的问题

1.什么是自准法？

2．三棱镜的折射率与哪些物理量有关？

3.如何测定最小偏向角？

实验4.5中和热（焓）测定

实验前应回答的问题

1．什么是中和热？

2．强酸与弱酸在中和过程上有何区别？

3．量热常数

的意义是什么？

实验4.6非线性位相调制假彩色编码

实验前应回答的问题

1．假彩色是怎样形成的？

2．什么是光栅？

光栅的作用是什么？

3．有效浮雕厚度是怎样形成的？

如何控制？

4．为什么必须漂白？

怎样漂白？

5.滤波的机理是什么？

实验4.7迈克耳孙干涉仪实验

实验前应回答的问题

1．在迈克尔孙干涉仪中，是利用什么方法获得两束相干光的？

本实验中产生干涉的是哪两束相干光？

2．什么是等倾条纹？

3．如何利用等倾干涉现象测量光波长？

4．如何判断由M1和M2′的间隔构成的空气薄膜厚度d是增大还是缩小？

5．什么是空程？

在测量过程中如何操作才能避免引入空程？

6．实验时如何测量M1镜移动的距离？

该仪器能读出几位有效数字？

7．如何在迈克尔孙干涉仪中实现等厚干涉？

8．叙述迈克耳孙干涉仪的结构。

9．迈克耳孙干涉仪中补偿板的作用是什么？

实验4.8热敏电阻温度特性的研究

实验前应回答的问题

1.热敏电阻的阻值与温度是线性关系吗？

2.什么是热敏电阻的温度系数？

3.采用什么数据处理方法求热敏电阻材料常数B值？

实验4.9磁阻效应及磁阻传感器的特性研究

实验前应回答的问题

1．什么叫磁阻效应？

磁阻效应是怎样产生的？

磁阻效应和霍尔效应有何内在联系？

2．锑化铟磁阻传感器在弱磁场和强磁场时的电阻值与磁感应强度关系有何不同？

这两种特性有什么应用？

3．实验过程中为何要保持霍尔工作电流和流过磁阻元件的电流不变？

实验4.10超声速的测定

实验前应回答的问题

1．实验中信号发生器和示波器各起什么作用？

2．实验中通过什么器件来发射和接收声波？

3．实验中为什么要记录室温？

4．实验中需要测量哪些物理量？

5．李萨如图形的特点是什么？

怎样调出李萨如图形？

6.什么是位相比较法？

7.什么是共振干涉法（驻波法）？

实验4.11动态悬丝法测定金属材料杨氏模量

实验前应回答的问题

1．什么是刚度？

表征刚度的物理量是什么?

2．测量杨氏模量有哪些方法？

3.共振法测杨氏模量的原理是什么？

4.如何判断共振状态？

实验4.12硅光电池的特性测定

实验前应回答的问题

1．PN结是怎样形成的，其工作机理是什么?

2．什么是硅光电池?

硅光电池的主要特性是什么?

3．什么是硅光电池的短路电流和内阻？

4．什么是光生伏特效应？

硅光电池工作原理是什么？

实验4.13RC串联电路充放电特性研究

实验前应回答的问题

1．RC串联电路充放电过程中电容两端的电压随时间怎样变化？

2.RC串联电路中，电容两端的电压为什么不能突变？

3．RC电路中充放电常数τ和半衰期的物理意义是什么?

4.如何实现RC串联电路连续充放电？

实验4.14铁磁材料磁化曲线及居里点的测定

实验前应回答的问题

1．铁磁材料有哪些基本性质？

其磁化规律如何？

2．什么是磁滞回线和基本磁化曲线？

3．什么是居里点？

为什么会存在居里点？

4．基本磁化曲线的测量原理是什么？

5．居里点的测量原理是什么？

实验4.15菲涅耳双棱镜测量光的波长

实验前应回答的问题

1.什么是菲涅耳双棱镜？

2．如何利用菲涅耳双棱镜实现光的干涉？

3.如何调节光学器件等高共轴？

实验4.16光电效应和普朗克常数的测定

实验前应回答的问题

1．什么是光电效应？

2．什么是截止电压？

它与入射光频率有何关系？

3．什么是爱因斯坦光电效应方程？

其物理意义是什么？

实验4.17用密立根油滴仪测量电子电荷

实验前应回答的问题

1．带电油滴在静电场中是如何运动的？

2．静态平衡测量法和动态测量法的原理是什么？

3．此实验是用什么方法求电子电荷值e的？

4．用密立根油滴仪测量电子电荷的原理是什么？

5．什么是量子化？

实验4.18弗兰克-赫兹实验

实验前应回答的问题

1．玻尔关于原子结构的假说是什么？

2．什么叫气体的电离状态和激发状态？

二者的区别如何？

实验4.19金属电子逸出功的测定

实验前应回答的问题

1.什么是里查逊直线法，怎样用它测得逸出功

，优点是什么？

2.实验中直接测量的量是哪几个，怎么测定？

3.什么是肖脱基效应（SchottkyEffect），实验中怎样消除其影响？

4.比较热电子发射和光电子发射的异同点，是否可用光电效应法测定金属电子的逸出功？

5.测量金属（钨）电子的逸出功的原理是什么？

6.测量金属（钨）电子的逸出功的实验方法是什么？

7.对数有效数字的取舍原则是什么？

实验4.20照相、印相和放大

实验前应回答的问题

1．什么是景色深，与光圈、镜头焦距、拍摄距离的关系如何？

2．如何使底片曝光正确？

实验4.21模拟法测绘静电场

实验前应回答的问题

1．用电流场模拟静电场的理论依据是什么？

2．用电流场模拟静电场的条件是什么？

3．等势线与电场线之间有什么关系？

实验4.22阿贝成像原理和空间滤波

实验前应回答的问题

1.什么是傅里叶变换？

2.阿贝成像包括哪两个步骤？

3.如何实现空间滤波？

实验4.23衍射光栅的研究

实验前应回答的问题

1．分光计由哪几部分构成？

2．分光计调整好应达到哪四点要求，各根据什么视场现象来判断，画图说明。

3．怎样判定望远镜适合观察平行光？

如何调整？

4．怎样判定望远镜光轴与分光计中心轴垂直？

如何调整？

5．怎样判定平行光管出射平行光？

如何调整？

6．怎样判定平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直？

如何调整？

7．转动望远镜时，如果越过了刻度的零点，则应该怎样计算望远镜转过的角度？

8.生活中有哪些光的衍射现象？

9．分光计读数圆盘为什么要对称设置两个角游标读数？

10.如何利用光栅实现分光？

实验4.24液体旋光率的测定

实验前应回答的问题

1.液体的旋光率与哪些物理量有关？

2.如何确定旋光仪的零度视场？

3.本实验采用了什么方法测液体的旋光度？

实验4.25利用调制激光测量光速

实验前应回答的问题

1．示波器上有几路输入信号？

显示的哪路信号？

2．在示波器上获得了哪个物理量的数据？

实验4.26光纤通信系统系列实验

实验4.26.1多模光纤数值孔径特性研究

实验前应回答的问题

1．什么是光纤的数值孔径NA？

2．测量光纤的数值孔径NA的方法有哪些？

实验4.26.2光纤分束器特性研究

实验前应回答的问题

1．什么是光纤分束器，作用是什么？

2．什么是星型光纤分束器，它是如何实现的？

3．什么是光纤分束器插入损耗和附加损耗？

4．如何测量椭圆偏振光长短轴之比？

实验4.26.3光纤可调衰减器特性研究

实验前应回答的问题

1．什么是光纤可调衰减器，光纤可调衰减器有哪些种类？

2．什么是法拉第旋光器？

原理是什么？

实验4.26.4光纤隔离器特性研究

实验前应回答的问题

1．什么是马吕斯定律？

2．什么是法拉第磁光效应？

3．什么是反向隔离度？

实验4.26.5光纤光栅温度传感器特性研究

实验前应回答的问题

1．什么是Bragg光纤光栅？

2．什么是光纤传感器？

实验4.26.6掺铒光纤放大器特性研究

实验前应回答的问题

1．什么是放大器，作用是什么？

2．掺铒光纤放大器和其他放大器比较，优点是什么？

3．什么是粒子数反转？

4．什么是驰豫时间？

实验4.27音频信号光纤传输技术

实验前应回答的问题

1．音频信号直接光强调制光纤传输系统由几部分组成？

2．光纤通讯的优点是什么？

3．实验中为什么采用0.85μm波长的光波？

实验4.28脉冲核磁共振

实验前应回答的问题

1．实现核磁共振的条件是什么？

2．什么是弛豫过程，弛豫过程在核磁共振中起什么作用？

实验4.29黑体辐射实验

实验前应回答的问题

1．黑体辐射有哪些规律？

2．如何测量黑体辐射的能量？

实验4.30晶体声光效应实验

实验前应回答的问题

1．声光效应的原理是什么？

2．喇曼－奈斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点是什么？

3．怎样测量声光偏转和声光调制曲线？

4．声光通信实验光路是怎样安装与调试的？

实验4.31晶体的电光效应

实验前应回答的问题

1．晶体电光调制的原理和实验方法是什么？

2．如何利用电光调制模拟音频光通信？

实验4.32PN结的特性玻尔兹曼常量的测定

实验前应回答的问题

1．PN结（二极管）和晶体管（三极管）的结构与特性是什么？

PN结测温的基本原理是什么？

2．如何调节和使用仪器？

3．如何用PN结测量玻尔兹曼常数？

第5章设计性实验

5.3设计性实验选题

5.3.1重力加速度的测定

实验前应回答的问题

1．用公式

测重力加速度的实验条件是什么？

实验中应如何选择测量条件？

2．摆长是指哪两点间的距离？

如何测量？

3．用最小计时单位为0.01s的电子秒表测单摆的周期（T=2s），如果要求测量的相对不确定度

≤0.1%,那么测量时间至少应取多少个周期?

4．在焦利秤法中，如果考虑磁钢与焦利秤立柱的相互作用，则周期

会受怎样的影响？

5．在滑动导轨法中，转动传感器本身能否带来系统误差？

带来什么样的系统误差？

如何消除？

5.3.2电表内阻的测量

实验前应回答的问题

1．微安表（表头）的基本构造及工作原理是什么？

2．设计测量微安表（表头）内阻的方法有哪些？

3．如何将表头改装成电压表和电流表？

4．若表头量程未知，应如何确定其量程？

5．替代法和半偏法分别消除和减少了哪些误差？

又有哪些误差没能消除？

6．电桥法测量表头内阻有何利弊？

7．限流和分压电路分别适合控制何种电路？

5.3.3电表的改装

实验前应回答的问题

1．微安表（表头）的主要参数是什么？

2．如何测量微安表（表头）的量程和内阻？

3．如何扩大微安表的量程（即改装成毫安表或安培表）？

4．内阻为

、量程为

的表头两端能测量的电压量程是多少？

5．如何将微安表改装成电压表？

6．电表改装后，如何校准？

7．扩大微安表的量程时，分流电阻

的大小对改装电流表的量程有何影响？

8．在校准电流表时，若发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高，应如何调节分流电阻

？

9．为使改装的电表更准确，应如何调整分流电阻

（或分压电阻

）？

10．在确定改装电表等级的公式K改装表=

中，为什么要加0.5？

5.3.4设计热敏电阻温度计

实验前应回答的问题

1．热敏电阻的温度特性是什么？

2．非平衡电桥原理是什么？

3．如何利用热敏电阻的特性和非平衡电桥的原理设计热敏电阻温度计？

4．例举几种其它类型的感温器件并说明温度特性。

5.3.5显微镜和望远镜的设计和组装

实验前应回答的问题

1．将显微镜倒置使用，即将目镜部分作为物镜，物镜部分作为目镜，将会出现什么现象？

2.显微镜和望远镜的调焦方式有何不同？

3.如何消除显微镜和望远镜中的像差？

5.3.6电饭锅自动控温电路的设计与组装

实验前应回答的问题

1．示例电路中电阻

和

的作用是什么？

2．如果用这种电饭锅烧水，是否能在水烧开后自动停止加热？

3．如果饭无法煮熟或烧焦，故障可能出在哪里？

如果不能自动保温，故障又出在哪里？

5.3.7测量玻璃的热膨胀系数与折射率温度系数

实验前应回答的问题

1．样品为什么设计成这种形状？

它的各个部分（如A的高度、平行度；B和B′的楔角等）有什么要求？

2．对测温器件（温度计）的类型、量程和准确度是如何选择的？

3．对本实验提供的实验装置提出改进方案，使测量结果系统误差更小，提高测量结果的准确度。

5.3.8气体折射率的测定

实验前应回答的问题

1．实验中抽气后，在向管内充气的同时可看到在屏上某一点处有条纹移过，这表明在该点处的光强是怎样变化的？

2．本实验能否用钠光灯作光源？

5.