光学实验思考题答案.docx

1、光学实验思考题答案光学实验思考题答案【篇一：大学物理实验报告答案大全+实验数据+思考题答案】 伏安法测电阻 实验目的 (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，05ma 电流表 1 只，05v 电压表 1 只，050ma 电流表 1 只，010v 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

2、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 1 2 3 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， i 5.4 2.00 2700 1 2.08 38.0 54.7 max 1 6.9 2.60 2

3、654 2 2.22 42.0 52.9 8.5 3.20 2656 3 2.50 47.0 53.2 i/ma 1 r/ ? 1 测量次数 u/v 2 i/ma 2 r/ ? 2 (1) 由 (2) 由 2 max 1 2 ?u = (3) 再由 ur r 2 ?i 2 ( 3v + ) ( 1 r2 1? ； 3i ) ，求得 r1 9 10 ? 3 (4) 结果表示 r 2 (44 1) 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

4、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。 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 。 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)。 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。 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 右1级 (k=-1) (k=+1) (2) 计

5、算 出紫色谱线波长 的不确定度 2 ? 其中 ? ? + (a b)sin ? u ? ? = a + ? cos15 60 180 092 k=2*10/589.0*10=3.4 最多只能看到三级光谱。 -6 -9 -6 -9 ( ) ? 2. 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 180ou12290x 光电效应 实验目的 (1) 观察光电效现象,测定光电

6、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) 电光源发光后 ,其照度随距光源的距离的平方成 (r 2 )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

7、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： 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）， 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： 先使光电管距光源20cm

8、处，适当选择光源亮度使光电流达最大(不超量程)； 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： 将双向开关换向； 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； 使光电管远离光源（光源亮度不变）重复上述步骤作好记录。 数据处理 s (1) 伏安特性曲线 u /v i /ma -0.6 4 0 0 2.96 1.0 5.68 2.0 10.3 4 4.0 16.8 5 35.0 0.000 8 4.27 6.0 18.7 8 40.0 0.000 6 2.8

9、8 8.0 19.9 0 50.0 0.000 4 1.51 10.0 19.9 2 60.0 0.000 3 0.87 20.0 19.9 4 30.0 19.9 5 70.0 0.000 2 0.53 40.0 19.9 7 80.0 0.000 15 0.32 (2) 照度与光电流的关系 l /cm 1/l 2 20.0 0.002 5 19.97 25 25.0 0.001 6 12.54 30.0 0.001 1 6.85 20 15 10 5 -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

10、30.0 1.06 0.65 35.0 0.85 0.66 40.0 0.64 0.62 50.0 0.61 0.64 60.0 0.58 0.65 70.0 0.55 0.63 答：临界截止 u/v s0.64 25.0 1.85 0.63 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

11、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 = dm dn ? ? (1) 转动读数显微镜的测微鼓轮 ，熟悉其读数方法 ；调整目镜，

12、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 1 8 21.862 27.970 22.881 4.084

13、16 22.041 27.811 23.162 3.561 环的位置 mm 环的位置 mm 环的直径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 u r r c 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

14、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 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。 细调

15、 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

16、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：光学课后习题解答】、波长为500nm的绿光投射在间距d为0.022cm的双缝上，在距离180cm处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为700nm的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. r0 ? d 得 解：由条纹间距公式 ?y?yj?1?yj? r0180?1?500?10?7?0.409cmd0.022r180?y2?0?2?700?10?7?0.573cm d0.022r y21?j20?1?2?0.4

17、09?0.818cm dr y22?j20?2?2?0.573?1.146cm d ?yj2?y22?y21?1.146?0.818?0.328cm?y1? 2在杨氏实验装置中,光源波长为640nm,两狭缝间距为0.4mm,光屏离狭缝的距离为50cm.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p点离中央亮条纹为0.1mm，问两束光在p点的相位差是多少？（3）求p点的光强度和中央点的强度之比. ?y? 解：（1）由公式 r0 ?d ?y? 得 r050?6.4?10?5?8.0?10?2cmd =0.4 （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 r2?r1?dsin?dtan

18、?d y0.01 ?0.04?0.8?10?5cmr050 ? 2? ? (r2?r1)? 2?5?0.8?10? 6.4?10?54 (3) 由公式 2 i?a12?a2?2a1a2cos?4a12cos2 ? 2 得?21?cos?ipa?cos2?2? i08a0cos20?22?0 4a1cos 2 2p 4a12cos2 1?cos? ? 4?2?2?0.853624 -7 ?r ? ss?可知为 解：未加玻璃片时，1、2到p点的光程差，由公式2? r2?r1? ? ?5?2?5?2? s1发出的光束途中插入玻璃片时，p点的光程差为 r2?r1?h?nh? ? ?0?02?2? 所以

19、玻璃片的厚度为 h? r2?r15? ?10?6?10?4cmn?10.5 4. 波长为500nm的单色平行光射在间距为0.2mm的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. r0500 ?500?10?6?1.25d0.2mm 解： ?y? a1 ?22 i?2ia?2aa2 12 2 12?(2j?10)?2 ?d? ? ?710nm 8. 透镜表面通常镀一层如mgf（一类的透明物质薄膜，目的是利用干涉来降低玻璃表面的反射为2n=1.38）了使透镜在可见光谱的中心波长（550nm）处产生极小的反射,则镀层必须有多厚?

20、解：可以认为光是沿垂直方向入射的。即i1?i2?0? 由于上下表面的反射都由光密介质反射到光疏介质，所以无额外光程差。 因此光程差?2nhcosi2?2nh ?r?(2j?1) 如果光程差等于半波长的奇数倍即公式 ? 2 ，则满足反射相消的条件 2nh?(2j?1) 因此有 ? 2 h? 所以 (2j?1)? (j?0,1,2?)4n hmin? ? 4n 当j?0时厚度最小 ? 550 ?99.64nm?10-5cm 4?1.38 ?h?hj?1?hj? 为 ? 2 2n2?n12sin2i1 ? ? ? ?2?2? 2 ? 如果认为玻璃片的厚度可以忽略不记的情况下，则上式中n2?n2?1,

21、i1?60?。而厚度h所对 应的斜面上包含的条纹数为 n? hh0.05 ?100?7?h?5000?10 故玻璃片上单位长度的条纹数为 n? n100?10l10条/厘米10. 在上题装置中,沿垂直于玻璃片表面的方向看去,看到相邻两条暗纹间距为1.4mm。已知玻璃片长17.9cm,纸厚0.036mm,求光波的波长。 解:依题意,相对于空气劈的入射角 i2?0,cosi2?1.sin? ?tan? d l n2?1.0 ?l? 11. 波长为400 ?l? ? 2n2?cosi22?2d -6 射的光中哪些波长的光最强. 解：依题意，反射光最强即为增反膜的相长干涉，则有： ?2n2d?(2j?

22、1) 4n2d2j?1 ? 2 ? 故 ?3 j?0?4nd?4?1.5?1.2?10?7200nm 2 当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?2400nm j?13 当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?1440nm j?25 当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?1070nm j?37 当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?800nm j?49当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?654.5nm j?511当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?553.8nm j?613当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?480nm j?715当时， 4?1.5?1.2?10?3 ?423.

23、5nm j?817当时，4?1.5?1.2?10?3 ?378nm j?919当时， 所以，在390760nm的可见光中，从玻璃片上反射最强的光波波长为 423.5nm,480nm,553.8nm,654.5nm. 12. 迈克耳孙干涉仪的反射镜m2移动0.25mm时，看到条纹移过的数目为909个，设光为垂直入射，求所用光源的波长。 解：根据课本59页公式可知，迈克耳孙干涉仪移动每一条条纹相当h的变化为： ?h?h2?h1? ?j?1? 2cosi2 j? ? 2cosi22cosi2 现因 i2?0， 故 ?h? ? 2 n?909所对应的h为 h?n?h? n?2 ? 故 2h2?0.25

24、?5.5?10?4mm?550nmn909 2 2 解： 因为 s?4?4cm 所以 l?4cm?40mm ?l? 所以 l40?2mmn20 ?l? 又因为 ?2? ? 所以 ? 2?l ? 589 ?147.25?10?6?rad?30.37?6 2?2?10 15. 用单色光观察牛顿环，测得某一亮环的直径为3mm，在它外边第5个亮环的直径为4.6mm，所用平凸透镜的凸面曲率半径为1.03m，求此单色光的波长。 解：对于亮环，有 rj?(2j?1) ? 2 r （j?0,1,2,3,?）【篇三：普通物理实验思考题及答案】何要测几个半波长的总长？ 答:多测几个取平均值，误差会减小 2为何波源

25、的簧片振动频率尽可能避开振动源的机械共振频率？ 答 当簧片达到某一频率（或其整数倍频率）时，会引起整个振动源（包括弦线）的机械共 振，从而引起振动不稳定。 3弦线的粗细和弹性对实验各有什么影响，应该如何选择？ 答 弦线应该比较细，太粗的话会使振动不明显，弹性应该选择较好的，因为弹性不佳会造 成振动不稳定 4为波节，振动最大的点称为波腹，两个波节之间的长度是半波长 5因振簧片作水平方向的振动，理论上侧面平视应观察不到波形，你在实验中平视能观察得 到吗？什么情况能观察到，为什么？ 答 平视不能观察到，因为。 答 每次增加相同重量的砝码 实验二. 1.外延测量法有什么特点？使用时应该注意什么问题？

26、答 当需要的数据在测量数据范围之外而不能测出，为了求得这个值，采用作图外推求值的 方法，即先用已测的数据绘制出曲线，再将曲线按原规律延长到待求值范围，在延长线部分 求出所需要的值使用时要注意在所要值两边的点要均衡且不能太少并且在研究的范围内 没有突变的情况 2.物体的固有频率和共振频率有什么不同？它们之间有何联系？ 答 物体的固有频率和共振频率是不同的概念，固有频率指与方程的根knl=4.7300对应的振 动频率，它们之间的关系为f固= f共?1/4q2 前者是物体的固有属性，由其结构，质量材质等决定，而后者是当外加强迫力的频率等于物 体基频时，使其发生共振时强迫力的频率 实验三 1为什么实验

27、应该在防风筒（即样品室）中进行？ 答：因为实验中的对公式 要成立的条件之一是：保证两样品的表面状况相同，周围介质（空气）的性质不变， m:强迫对流时m=1;自然对流时m=5/4; (实验中为自然冷却即自然对流) 所以实验要在防风筒（即样品室）中进行，让金属自然冷却。 2用比较法测定金属的比热容有什么优点？需具备什么条件？ 答：优点是可以简单方便测出待测金属的比热容。如果满足下列条件：两样品的形状尺寸都 相同（例如细小的圆柱体）；两样品的表面状况也相同；于是当周围介质温度不变（即室温恒定），两样品又处于相同温度时，待测金属的比热容为： 3如何测量不同的金属在同一温度点的冷却速率？ 4、可否利用本

28、实验中的方法测量金属在任意温度时的比热容？ 答：本实验的条件是在室温条件下自然冷却如果低于室温条件或者是接近室温条件的温度的比热容将无法测量。 5、分析本实验中哪些因素引起误差？测量时怎样做才能减少误差？ 答：引起误差原因：热电偶冷端不能保持0度或自身仪器老化引起测量误差；质量测量误差；时间计时误差；外部温差变化引起的误差。按实验步骤要求，多次重复测量。 实验四 1使用前如何调节刚体转动仪？ 使用前： 调节刚体oo转轴竖直 调节转动仪与桌面平行 装上塔轮，调节支臂上固定轴的螺丝g，当塔轮转动灵活，用锁紧螺母g固定。 升降滑轮高度，保持引线与转轴垂直，并与塔轮半径相切。 2 实验采用什么数据处理

29、的方法验证转动定律和平行轴定理？为什么不作r-t图和t2-x图而作r-1/t图和t2-2图？ 答 作图法，因为两图成一条直线，容易验证 实验五 1霍尔电压是怎样形成的？它的极性与磁场和电流方向有什么关系？ 答 运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用引起偏转，当带电粒子被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，两场产生霍尔电压。电场的指向取决于试样的导电类型。电压方向和磁场，电流成右手螺旋 2 略 3在利用霍尔效应测量磁场过程中，为什么要保持ih的大小不变? 答：在分析vh与is和ih的关系，只取一个自变量，ih的大小应不变。 4测量过程中哪些量要保持不变，为什么？ 答：测vh与is关系的时候，保持im不变，测vh与im关系时，保持is不变，控制变量法。 5.换向开关的作用原理是什么？测量霍尔电压时为什么要接换向开关？ 答：常闭触点连接与常开触点连接的相互转换，可以改变磁场和电流方向。在产生霍尔效应 时，伴随着多种副效应，以至于产生附加电压，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除 6如b的方向与霍尔元件方向