大学物理实验习题.doc

绪论部分一、选择题1、依据获得测量结果方法的不同，测量可分两大类，即 （ ）A：多次测量和单次测量B：等精度测量和不等精度测量C：直接测量和间接测量D：以上三种分类都正确2、 以下哪个不属于物理实验 （ ）A:利用卷尺测量物体的长度B:利用弹簧秤称小铁块的重量C:伽里略的斜塔实验D:爱因斯坦发现光的粒子性3、对一物理量进行等精度多次测量 （ ）A：误差的平方和为最小B：测量值（或误差）一定遵从正态分布C：测量值（或误差）一定遵从均匀分布D：其算术平均值是误差为零的值4、对一物理量进行多次等精度测量，其目的是 （ ）A：消除系统误差B：消除随机误差C：减小系统误差D：减小随机误差5、以下说法正确的是 （ ）A：多次测量可以减小随机误差B：多次测量可以消除随机误差C：多次测量可以减小系统误差D：多次测量可以消除系统误差6、对一物理量进行等精度多次测量，其算术平均值是 （ ）A：真值B：最接近真值的值C：误差最大的值D：误差为零的值7、测量结果的标准表达式为X=X ，其含义为 （ ）：被测量必定等于（）或（）：被测量可能等于（）或（）：被测量必定在（）和（）之间：被测量以一定概率落在（）或（）之间8、下列测量结果中，准确度最高的是 （ ）A：=102.30.2 B：=103.520.05C：=1.2460.005D：=0.00560.00029、对某测量对象进行多次测量，测量结果为，其中 ， （、分别为其A类不确定度、B类不确定度。问被测量的真值落在范围内概率为 （ ）A68.3% B95% C57.7% D100%10、对某测量对象进行单次测量，测量结果为，其中=，为其B类不确定度。问被测量的真值落在范围内概率为（ ） A68.3%B95%C57.7%D100%11、在正常情况下，下列读数错误的是 （ ）A：分度值为20mv的电压表测得电压值为250mvB：分度值为1的角游标测得值为C：分度值为0.02mm的游标卡尺测得某物体的长度为30.32mmD：分度值为0.01mm的读数显微镜读数为30.09mm12、下面的测量结果表达式正确的是 （ ）A： （单位）B： （单位）C： （单位）D： （单位）13、下列结果表达式中，正确的是 （ ）A：N=（2.03250.07） B：N=（2.03250.068）C：N=2.030.68 D：N=（2.030.07） 14、下列读数肯定错误的是： （ ）A最小分度值为0.02mm的游标卡尺测得某物体长度为20.12mmB最小分度值为1mm的刻度尺测得某物体长度为20.1mmC最小分度值为0.02g的物理天平测得某物体质量为63.24gD最小分度值为0.01mm的读数显微镜测得某物体长度为20.12mm15、某水银温度计的一小格为0.2. 按“1/10”估读法，用此水银温度计测量温度时下列数据中正确的是 （ ） A36 B36.7 C36.72 D36.72416、量程为3000mv，表盘分格数为150，以下读数可能正确的是 （ ） A940mv B940.0mv 940.00mv D940.20mv17、用分度值为0.01毫米的千分尺测量某物体长度，如下图所示，则被测长度为 （ ） A6.775mmB6.265mmC6.755mmD6.765mm18、待测物体长度约为12cm,要求测量结果有5位有效数字,应选用 ( )A千分尺 米尺 游标卡尺 卷尺19、测某一约为1.5V的电压时，要求其结果的相对误差小于1.5%，则应选择下列哪种规格的伏特表？ （）A0.5级，量程为5VB1.0级，量程为2VC2.5级，量程为1.5V20、对 的线性函数，利用图解法求时，正确的求解方法是 （ ） A： （为所作直线与坐标横轴的夹角实测值） B： （为任选两个测点的坐标值之差）C： （为在所作直线上任选两个分得较远的点的坐标值之差）D： （为所作直线上任选一点的坐标值）二、填空题1、在直接测量的多次测量中，通常是指对 物理量，用 仪器，在 条件下进行的重复测量。2、在长度测量中，由于被测量和测量要求的不同而采取不同的测量方法。其中用米尺测量采用的是 测量法，螺旋测微计和读数显微镜采用 测量法，光杠杆测长度的微小变化量用 测量法.3、 物理实验的内容包括四大类： ， ， ， 。4、 地磁场对测量的影响属于 误差，视差在很大程度上属于 误差，使用未经调试的仪器进行测量所产生的误差基本属于 误差5、 对于多次测量，测量结果表达式中（其中为扩展不确定度），置信概率约为 ，即被测量真值落在区间 的可能性为 。6、 在测量方法正确，置信概率相同的情况下，不确定度愈小，表示测量结果 ，反之不确定度愈大，测量的质量愈低，它的 ，使用价值就 。7、测量不确定度是表明被测量值 的参数，而误差表明了测量结果与真值的 。8、的物理意义是：任意一次测量值x在（-, +）区间的概率为 ，其中最佳值为 。9、通常以测量值的 作为被测量值的估计（即测量结果），以 作为测量结果的A类标准不确定度。 10、正态分布图形的4个特点 、 、 、 ；其中标准误差的几何意义是： ；标准误差越小，曲线越向纵轴收缩，即是说标准误差越小的测量，其数据越相互接近， ；反过来，越大，测量数据 。11、单次测量的B类不确定度可以用仪器误差限A来估算。对于准确度级别为a的电压（流）表 ； 对于准确度级别为a的电阻箱、电桥、电势差计 ； 对于最小分度值为a的米尺、千分尺 。12、原则上B类不确定度有很多个分量组成。找出一个产生误差的原因，就有一个 ，各分量之间的合成采用 合成。在实际测量中，B类不确定度来自于各种不同类型的仪器、不同的测量方法、方法的不同应用以及测量理论模型的不同近似等方面。在教学中我们考虑的重点是 所产生的测量不确定度。 13、间接测量的不确定度采用 方式合成，如：， 则 。14、对于等精度多次测量值，要计算其总的不确定度，应先求= ，再求 ；后求 。最后通过方和根合成 。15、测量密度的公式为，若的标准不确定度为，的标准不确定度为，则的标准不确定度= ；其相对标准不确定度= 16、在利用电子秒表测时间，电子秒表内的石英晶体振荡频率每日仪器误差小于10-5s，但实验者在判定计时开始和结束时会有0.10.2s的反映误差，这个时候B类不确定度应该以 为准17、在我们的教材中，有列表法、作图法、 等五种数据处理方法18、在数据处理中列表法有两种作用，一个是 ，另一个是 ，列表的要点是 。19、逐差法的基本条件是 ，逐差法的优越性是 。20、直接测量读数的有效数字位数不仅与 有关，还与 有关；对实验数据后几位进行取舍时，应采用 法则。21、(1) mm (2) rad (3)0.569rad= (角度值) （4） （5） （6）2.5min = s（7）150s = min 22、分光计游标读数装置中，设主盘的最小分度是30，游标刻度线共30条，则该游标的最小度值为 。23、任何仪器，由于技术上的局限性，总存在误差。仪器误差就是由于测量仪器本身刻度不准，结构、灵敏度和分辨率等因素的限制而导致的误差。实验室常用的量程在以内的一级千分尺。其副尺上的最小分度值为，而它的仪器误差（常称为示值误差）为： 。测量范围在以内，主副尺最小分度值之差为1/50mm的游标卡尺，其仪器误差(示值误差)为 。精度等级为0.5级、量程为100mA的电流表，其仪器误差为 24、从01级电阻箱上读出电阻值为2000，若不考虑各旋钮的接触电阻，则该电阻的绝对误差可估为 25、完成以下各题：（1）测得某钢丝杨氏弹性模量，计算得出其扩展不确定度，试写出其结果表达式。（2）测得某电阻阻值，其扩展不确定度，试写出其结果表达式。（3）测得某电阻阻值，其扩展不确定度，出现这种情况，说明在数据处理中，有什么问题？三、判断题1、(1)系统误差取值恒定或按一定规律变化， (2)随机误差的大小一般用标准偏差估计， (3)系统误差和随机误差都可能由实验者引起。 (4)A类不确定度就是随机误差引起的不确定度 (5) B类不确定度就是系统误差引起的不确定度 (6)表示测量结果时，数据的位数写得越多越精确， (7)测量读数的有效位数只与仪器的最小分度值有关， (8)测量结果的有效数字由不确定度决定。 2、一个学生做光电效应法测量普郎克常量为6.62610-34J.S,与公认值6.62610-34J.S比较，数值相同，因此学生认为此次测量结果。误差为零，对吗？为什么？3、改错（1）（2） （3） （4） 四、证明题1、利用正态分布随机误差的抵偿性证明：当测量次数n无穷时，平均值就等于被测量x的真值(设系统误差远小于随机误差)。2、图解法确定拟合直线斜度的公式为其中和是为计算斜度所选的两点。试用不确定度合成规律分析证明，选点P1和P2应相距远些，斜率的图解结果更好。3、 求证：利用伏安法对电阻进行单次测量，在仪器选定情况下，电压电流测量值越大，待测电阻相对不确定度越小五、计算题1、在测量小球体积的实验中，对小球直径测量十次，数值如下表所示。试求测定直径d的A类标准不确定度分量。序号12345678910d (cm)2.002.012.021.991.992.001.981.991.972.002、测量某一长度得到9个值：42.35，42.45，42.37，42.33，42.30，42.40，42.48，42.35，42.29（均以mm为单位）。求置信概率为0.68、0.95、0.99时，该测量列的平均值、实验标准差和A类标准不确定度。3、按不确定度合成公式计算下列各量的合成不确定度，并完整表示结果。(1)，其中(2)，其中(3)，其中(4)，用1.0级电压表(3V量程)测得，用0.5级电流表(750mA量程)测得4、用电桥测电阻，由公式得到=354.7，所使用的桥臂=1000，可调臂电阻=354.7，实测得电桥灵敏度S=1102.3格/。电阻箱使用1000挡和100挡时为0.1级，用10挡时为0.2级，用1挡和0.1挡时为0.5级，求测量结果的不确定度5、伏安法测量电阻，得到实验数据如下：U(v)1.002.003.004.005.006.00I(mA)0.501.021.492.052.512.98R()2000.01960.82013.41951.21992.02013.4分别用平均法和逐差法来求电压每增加1V，电流增量的平均值以及电阻R6、伏安法对电阻进行单次测量（待测电阻阻值约为6），要求的相对不确定度若选用0.5级，量程为300mv的电压表，0.5级，量程为50mA的电流表进行测量，问电流和电压的测量值下限大约是多少？7、 采用流体静力称衡法测量石蜡密度，其计算式为，其中为石蜡质量，为石蜡和铜圆柱绑在一块的视质量，为铜圆柱的视质量，为参考液体密度。若用最小分度值为0.02g的物理天平进行单次测量，测得，参考液体为水，根据当时水温查得其密度，计算出此石蜡块的密度，并计算不确定度、写出结果表达式。DL2L1L题8测量方法的选择8、测量单摆的摆长L时, 用米尺测L1，L2，用精度为0.04cm的游标卡尺测D(如图所示)，这样就有如下三种测量方法：选用哪种方法好？ 9、 推导下列不确定度公式（1） 利用物距像距法测量凸透镜焦距公式为：，其中代表物距，代表像距，都是直接测量.（2） 利用电势差计测量电池内阻，根据全电路欧姆定理可得电池内阻r为, 其中为电池电动势，U为电池端电压，R为并接在电池两端的电阻阻值。（3） 利用拉伸法测量杨氏弹性模量,其中D为光杠杆镜面到标尺的垂直距离，L钢丝长度，F钢丝所受到的外力，d为钢丝的直径，l为垂线长度，x为标尺的读数变化量。10、 拉伸法在单位负载（1.000kg砝码重）时钢丝的伸长量，加减砝码各测量一次，用逐差法处理数据，计算单位负载（1.000kg砝码重）时钢丝的伸长量的平均值和不确定度。长度量具的分度值为1mm。砝码数，个12345678910长度读数mm加56.460.764.869.173.277.181.585.489.693.5减56.960.965.069.073.577.381.885.789.894.0平均用逐差法处理数据。序号i12345平均Dxi=xi+5-xi计算平均值及不确定度：20.626mm （n为逐差值个数，此处n=5）0.0735mm =0.365mm0.38mm测量结果：=（）mm 实验一 固体密度1、下列表述正确的是 （ ）A： B：C： D：2、用分度值为0.05mm的游标卡尺测量一物体的长度，下面读数正确的是 （ ）A：12.63mm B：12.64mmC：12.60 mm D：12.635mm3、下列测量读数中，错误的是 （ ）A：分度值为0.01的螺旋测微计测得物体长度为2.4569B：分度值为0.02克的物理天平称得物体质量为56.730克C：分度值为0.05的游标卡尺测得物体长度为28.06D：分度值为0.02的游标卡尺测得物体长度为21.324、天平的灵敏取决于刀口，为保护刀口，正确的做法是 （ ）A：在加减砝码、取放物体、调节平衡螺母时放下横梁B：首先检查挂钩、托盘安放是否正确C：首先调节天平水平D：加减砝码必须用摄子5、测量仪器的零点误差（如千分尺、卡尺等）应该是 （ ）A：系统误差 B：随机误差 C：引入误差6、用流体静力称衡法测某固体的密度的实验中，当称量固体浸入液体中的视质量时，若被测物体紧靠盛液杯壁或与杯底接触，测量值将 （ ）：偏大：不变：偏小：随时间变化7、用分度值为0.02mm的游标卡尺测长度时，下列测量数组正确的是： （ ）：29.98mm、14.25mm、6.25mm ：30mm、14.3mm、6.3mm、14.7mm：29.98mm、14.26mm、6.20mm ：29.98mm、14.25mm、6.25mm8、用天平称衡物体，事前必作的调整是：通过 调整 ，通过 ，并通过 判断平衡。称衡时，物体应放在 边盘，砝码应放在 边盘。调整天平，取放物体，或加减砝必须在天平处于 情况下进行。9、游标卡尺的分度值与主尺的 和游标尺的 有关， 和游标尺的 无关。10、游标卡尺、螺旋测微器是利用 原理制成的长度测量仪器。设测量时的零点读数为，则实测值=读数值 。11、已知游标卡尺的分度值为0.01mm，其主尺的最小分格长度为0.5mm，试问游标的分度数为50，游标的总长度可能取 值。12、用螺旋测微计测量物体的长度时应以什么原则判断微分筒的边线是否过主尺的半毫米线？过了怎样读数？未过又怎样读数？13、有人用米尺、游标卡尺和螺旋测微计对同一柱体的高度进行测量，其结果都是两厘米，试问这三个测量值应如何表达？14、天平两臂长不等所产生的误差属于什么误差？如何消除？15、实验中用水不纯(如自来水)，捆线太多会带来怎样的误差？怎样判定其能否忽略？16、怎样用流体静力称衡法测量液体的密度？17、用物理天平测量某物体的质量，数据如下：2.5502.5522.5582.5662.5642.5582.5642.5622.5602.558单位为克，天平分度值为0.02克。试计算其平均值、标准偏差、不确定度，并表示出结果。18、用流体静力称衡法测定固体的密度。已知：天平的分度值为0.02g；测得m=64.204g，m1=56.646g，全是单次测量；水的密度：=997.044 Kg/m3；计算公式。试计算出固体的密度，不确定度，并表示结果。 实验二 伏安法1、用伏安法测量某一阻值略小于200的电阻，要求测量结果的不确定度 （误差）最小，应选择下列哪组仪器（不计内阻影响和功率限制） （ ）：电流表0.5级、量程10mA，电压表1.0级，量程2V：电流表0.1级、量程50mA，电压表0.5级，量程2V：电流表1.5级、量程10mA，电压表1.5级，量程2V：电流表1.5级、量程15mA，电压表1.5级，量程2V2、一只0.5级的电压表，量程为3000表面分度为150小格，测量值为220测量结果的仪器误差限应是 （ ）A： B： C： D： 3、测量约为2.8V的电压，最恰当的选择是 （ ）A：准确度等级为1.0级，量程为4V的电压表B：准确度等级为0.5级，量程为10V的电压表C：准确度等级为2.5级，量程为3V的电压表D：准确度等级为1.5级，量程为3.5V的电压表4、电学实验中，必须遵守的规则是 （ ）A：首先检查电源输出电压是否为3V B：不能带电操作C：通电前检查电路连接是否正确 D：一定要采用回路连线5、滑线变阻器在电路中主要有 种基本接法，它们的功能分别是 和 。6、电表仪器的仪器最大允许误差限怎样估算？ 读数值的有效数字如何确定？ 1.5级03V的电压表共有60分格，单次测量值的标准不确定度可近似按= V计算，它的读数应读到 位。当测量值为0.3V时，其相对标准不确定度为 ，测量为2V时，其相对标准不确定度为 。7、实验测点分布。当测定线性电阻的伏安特性时，测点宜 分布；当测定非线性电阻时，电流随电压变化较慢时测点宜 些。8、在电学实验中，接线和拆线的操作规程是：开始时，应先 ，后 ；结束时，应先 后 。9、用伏安法测电阻，根据什么原则确定内接法还是外接法？ 伏安法存在哪些测量误差？10、根据伏安法测电阻实验所用的仪器（电表0.5级，电压表0-3000mv,电流表050mA，）如果要求对的测量精度高于1%（即），电流和电压的测量值下限和应取何值？11、 伏安法测量电阻实验中，为了安全和较准确测量电阻阻值，要注意的事项有哪几点？12、用伏安法测电阻的实验中，测得数据如下： 序号1234560.501.001.502.002.503.003977116155194231试用作图法求出被测电阻阻值（不计算不确定度）。13、对于电源的内阻是否也可用伏安法进行测量？其数值一般较小(小于1欧姆)，试设计有关方法、电路和测量步骤。 14、试推导外接法测电阻的不确定度计算公式（写出推导过程）。15、试推导内接法测电阻的不确定度计算公式（写出推导过程）。实验三 电桥1、用惠斯通电桥测量中等阻值的电阻，当电桥平衡时，,下列因素中不影响误差的原因是： （ ）：电源电压有微小的变化 ：R1.R2和Rs 的阻值不准确：触电阻及接线电阻过大 ：温度变化的影响2、工作正常的电桥测量一未知电阻阻值时，无论怎样调节标准电阻箱的示值，检流计指针都无法指零，可能的原因是 （ ）A：检流计灵敏度过高 B：检流计灵敏度过低C：选择了不正确的比率K D：工作电源电压过高3、用惠斯通电桥测电阻时，选择恰当的比率K的原则是 。比如，用本实验中QJ23型直流电桥测约1102的电阻，应该使比率K= 。4、提高惠斯通电桥灵敏度的方法主要是选用灵敏度高的 ，其次是选择合适的 ，适当提高 。5、从0.1级电阻箱上读出电阻值为256.0，若不计各旋钮的接触电阻，则其电阻的绝对标准不确定度为 ，相对标准不确定度为 。6、用组装电桥测电阻，当连接好后进行测量调节，无论如何调，检流计指针都不动，把三个电阻箱位置调动一下后，调节指针又始终偏向一边，可能的原因是（判断题） (1) 有一个电阻箱不通 (2) 有两个电阻箱不通 (3) 有一个电阻箱和一根导线不通 7、下列因素对电桥测电阻的误差影响如何？(1)电源电压不够稳定；(2)导线较长且细；(3)灵敏电流计零点未调好；(4)灵敏电流计灵敏度较低。8、当电桥达到平衡后，若互换电源和灵敏电流计的位置，电桥是否仍然保持平衡？试证明之。9、电桥灵敏度(相对灵敏S)如何定义？如果测量电阻时由于电桥灵敏率所引起的误差要求小于万分之五。那么电桥灵敏度应为多大？10、电桥有一臂断线，你如何根据现象和最简单的操作迅速将断线查出？11、试利用不确定度传递公式推导电桥法测的不确定度计算公式（写出推导过程）。实验四 示波器1、用电子示波器观察波形时，图形不稳定，应该调节 （ ）A：其中任意一个 B：扫描频率旋钮C：电平旋钮 D：水平或竖直移位旋钮2、示波器由四部分组成，其核心部分是 （ ） A：电源 B：电压放大系统C：电子示波管 D：扫描、同步系统3、用示波器观察李萨如图形，图形不稳定，其原因是 （ ）A：Y输入信号与扫描信号不同步B：Y输入信号频率与X输入信号频率不成整数比C：电平旋扭未调好 D：Y输入信号幅度太小4、用示波器观察信号波形，仪器工作正常，但荧光屏上只有一条竖直亮线。可能的原因是（ ）：轴偏转板上未加电压信号：“触发源”扳键或“电平”旋钮不当（未实现同步）：“触发方式” 扳键不当（未加扫描信号）：轴偏转板上未加电压信号或轴“增幅” 旋钮调节不当5、在示波管中，x、y偏转板的作用是 （ ）：控制荧光屏上光点的位置 ：使电子会聚成一束，打在荧光屏上：仅加速电子 ：仅减速电子6、用示波器观察信号波形，仪器正常，但荧光屏上出现一条水平移动的竖直亮线，可能的原因 （ ）：“输入耦合”扳键置“”（接地）；无Y轴信号：“触发方式”扳键位置不当（未加扫描信号）：“电平”旋钮不当（未实现同步）： “扫描频率” 旋钮调节不当7、当示波器只有在Y轴偏转板上加正弦电压信号时，示波器荧光屏上显示图形为 ，此时如果要使其展开成正弦波形，需要在X轴偏转板上加 信号，即把示波器面板上 键弹出， 键按下。8、用示波器观察信号电压，已知信号频率为150Hz，在荧光屏上要显示三个周期的完整波形，扫描频率应该是 Hz；若发现波形缓慢移动，这是因为 ；若要波形稳定不动，只能调节 。9、示波管由 ， 和 三部分组成。调节栅极G电位来控制 。如果荧光屏上出现一条竖直亮线，说明 偏转板上加了一定大小的 。10、用李萨如法测定信号的频率，要求“XY”键 ，X轴输入和Y轴输入均为 信号，若未知信号从X轴输入，则已知信号从 轴输入，且已知信号的 必须是连续可调的。11、示波器正常的情况下，开机后荧光屏上看不到亮点，可能是 和 旋钮调节不当。12、只在示波器X偏转板上加上正弦电压信号时，示波器荧光屏上显示图形为 ；此时如要使其展开成正弦波形，需将“垂直方式”键置 。然后弹出“XY”键，按下 。13、假如电子不是带负电荷而是带正电荷的话，示波管中需作哪些必要的改变？这时的正电子束在磁场中应如何偏转？14、假如在示波管使用的实验仪器上，对示波管加上偏转磁场外，还在其中某一对电极上加上偏转电压，使两种因素引起的电子束偏转相互抵消。应该把偏转电压加在哪一对偏转板上？电压极性如何？在净偏转为零之后，增大加速电压，这时会发生什么现象？实验五 模拟法1、模拟法描绘静电场实验中，在描绘静电场图形时，电力线应该 （ ）A：沿半径方向，起于圆心，终止于无穷远B：沿半径方向，起于圆心，终止于外圆环电极内表面C：沿半径方向，起于内圆柱电极外表面，终止于无穷远D：沿半径方向，起于内圆柱电极外表面，终止于外圆环电极内表面2、在模拟法描绘静电场实验中（电压表法），不影响电力线正确描绘的原因是 （ ）A：水的（导电纸）导电率不均匀 B：工作电源电压不稳定C：上、下层探针未对齐 D：电压表内阻过低3、模拟法描绘静电场实验中，错误的是 （ ）：当电极接上不同值的直流电压时，模拟场内相对电势值为一定的等势线（或面）的几何形状和位置均不变：当电极接上不同值的直流电压时，模拟场内等势值为一定的等势线的位置发生变化：当电极接上不同值的直流电压时，模拟场内等势值为一定的等势线的位置不发生变化：当电极接上不同值的交流电压时，模拟场内产生交变电场，相对电势值为一定的等势线（或面）的几何形状和位置均不变4、在模拟法描绘静电场实验中，发现绘出的等势面明显发生畸变，可能的原因有 （ ）：水（导电纸）的电导率很不均匀：电源电压微小波动：电极中水的深度不一致：测量中的随机误差5、