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大物实验预习题和思考题答题实验一物体密度的测定【预习题】1.简述游标卡尺、螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项。答：(1)游标卡尺的测量原理及使用时的注意事项：游标卡尺是一种利用游标提高精度的长度测量仪器，它由主尺和游标 组成。设主尺上的刻度间距为y,游标上的刻度间距为x,x比y略小一点。一般游标上的n个刻度间距等于主尺上(n-1)个刻度间距，即nx?(n?l)y。由 此可知，游标上的刻度间距与主尺1上刻度间距相差,这就是游标的精度。n1教材P33图1-2所示的游标卡尺精度为mm,即主尺上49mm与游标 上50格同长，如教材图1-3所示。这样，游标上50格比主尺上5050格(50mm)少一格(1mm),即游标上每格长度比主尺每格少14-50=0.02(mm),所以该游标卡尺的精度为0.02mm。使用游标卡尺时应注意：一手拿待测物体，一手持主尺，将物体轻 轻卡住，才可读数。注意保护量爪不被磨损，决不允许被量物体在量爪 中挪动。游标卡尺的外量爪用来测量厚度或外径，内量爪用来测量内径,深度尺用来测量槽或筒的深度，紧固螺丝用来固定读数。(2)螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项：螺旋测微器又称千分尺，它是把测微螺杆的角位移转变为直线位移来 测量微小长度的长度测量仪器。螺旋测微器主要由固定套筒、测量轴、活 动套筒（即微分筒）组成。如教材P24图1-4所示，固定套管D上套有一个 活动套筒C（微分筒），两者由高精度螺纹紧密咬合，活动套筒与测量轴A 相联，转动活动套筒可带动测量轴伸出与缩进，活动套筒转动一周（360?）,测量轴伸出或缩进1个螺距。因此，可根据活动套筒转动的角度求得测量 轴移动的距离。对于螺距是0.5mm螺旋测微器，活动套筒C的周界被等分 为50格，故活动套筒转动1格，测量轴相应地移动0.5/50=0.01mm,再加 上估读，其测量精度可达到0.001 mm。使用螺旋测微器时应注意：测量轴向砧台靠近快夹住待测物时，必 须使用棘轮而不能直接转动活动套筒，听到“咯、咯”即表示已经夹住待 测物体，棘轮在空转，这时应停止转动棘轮，进行读数，不要将被测物拉 出，以免磨损砧台和测量轴。应作零点校正。2.为什么胶片长度可只测量一次？答：单次测量时大体有三种情况：（1）仪器精度较低，偶然误差很小，多次测量读数相同，不必多次测量。（2）对测量的准确程度要求不高，只 测一次就够了。（3）因测量条件的限制，不可能多次重复测量。本实验由 对胶片长度的测量属于情况（1）,所以只测量1次。【思考题】1.量角器的最小刻度是30'。为了提高此量角器的精度，在量角 器上附加一个角游标，使游标30分度正好与量角器的29分度等弧长。求 该角游标的精度（即可读出的最小角度），并读出下图所示的角度。答：因为量角器的最小刻度是30,游标30分度与量角器29分度等 弧长，所以游标的精度为30?1?,图示角度为149?45'。302.用螺旋测微器进行测量时要考虑螺距误差吗？答：不要。因为用螺旋测微器进行测量时，活动套筒(即微分筒)只向 一个方向转动，所以不考虑螺距误差。3.设计一种修正齿孔面积的方案。答：齿孔形状如图1所示。齿孔面积S等于长方形面积XY减去修正面积AS。由图工、图2可知修正面积等于正方形和内切圆面积之差，所以只要测出内切圆的半径，就可求出as。用读数显微镜测出图1中的XI、X2、Zl、Z2,得内切圆的半径：(x?xl)?(z2?zl)R?22则修正面积为：?S?(2R)2?R2?(4?)R2实验三电阻的测量和伏安特性的研究【预习题】1.测量二极管伏安特性曲线时，为什么正向曲线的测量要用外接法，而反向曲线的测量要用内接法？答：因为二极管正向电阻较小，反向电阻较大，所以正向曲线的测量 宜采用电流表外接法，反向曲线的测量宜采用电流表内外接法。2.电源、电表、滑线变阻器接到电路中要注意什么？答：在使用电源时，应注意：(1)注意人身安全，一般安全电压为36VO高于36V操作时尽量用一只手操作。（2）不能使总电路中的总电流超过额定电流值，更不能使电源短路（即 不能使外电阻接近于零）。（3）直流电表的正、负极应与直流电源的正、负 极对应联接（即正接正，负接负），否则会使电表损坏。而交流电没有正 负极之分。（4）在电路中必须连电源开关，接线时和不进行测量时，要使电 源开关断开且将输出旋钮逆时针调至零，线路接好经查无误后打开电源。做完实验，一定要先切断电源，然后再拆去其他部分。使用电表时应注意以下几点：（1）选择电表：根据待测电流（或电压）的大小，选择合适量程的电流表（或电压表）。如果选择的量程小于电路 中的电流（或电压），会使电表损坏；如果选择的量程太大，指针偏转角 度太小，读数就不准确。使用时应事先估计待测量的大小，选择稍大的量 程试测一下，再根据试测值选用合适的量程，一般要尽可能使电表的指针 偏转在量程的2/3以上位置。（2）电流方向：直流电表指针的偏转方向与所通过的电流方向有关，所以接线时必须注意电表上接线柱的“+标记。电流应从标有“+”号的接线柱流入，从标有号的接线柱流出。切不可把极性接错，以免 损坏指针。（3）视差问题：读数时，必须使视线垂直于刻度表面。精密电 表的表面刻度尺下附有平面镜，当指针在镜中的像与指针重合时，所对准 的刻度，才是电表的准确读数。（4）要正确放置电表，表盘上一般都标有 放置方式，如用“一”或“”表示平放；用“t”或表示立放;表示斜放，不按要求放置将影响测量精度。（5）使用前电表的指针应指零，若不指零，需要调零。使用滑线变阻器时要注意：通过滑线变阻器的电流不能超过其额定电 流。3.被测低电阻为何要有4个端钮？答：消除接触电阻。【思考题】1.滑线变阻器主要有哪几种用途？如何使用？结合本次实验分别给 予说明。答：（1）滑线变阻器主要有两种用途：限流和分压。（2）对限流电路（如教材图3-10）：在接通电源前，一般应使C滑到B端，使RAC最大，电流最小，确保安全。以后逐步调节限流器电阻，使电流增大至所需值。对分压电路（如教材图3-11）：在接通电源前，一般应使C滑到B端，使R 两端电压最小，确保安全。以后逐步调节分压器电阻，使R两端电压增大 至所需值。（3）本次实验中测二极管特性曲线时，滑线变阻器用于分压；利用四端接线法测量一段电阻丝电阻时，滑线变阻器用于限流。2.在实验中，若电源电压为6V,被测电阻约为50。，电流表（毫安 表）的量程为150/300mA,150mA档的内阻约0.4Q,电压表的量程为 1.5/3.0/7.5V,每伏特电压的内阻约200。如何选用电表量程，电表采用 何种接法比较好？答:（1）因为电源电压为6V,所以电压表量程应选择7.5V；又因为通 过电阻的电流I?量程应选择150mAo(2)由题意知 RX?50?、RA?0.4?、RV?200?7.5?1500?,则Rx50?125 Rx?125RA RA0.4V6?0.12A?120mA,所以电流表 R50RV1500?30 RV?30Rx Rx50R?RV因为当RX?RA时，应采用电流表内接法测量；当X时，应采用 电流表外接法测量。所以比较两式后可知电流表宜采用内接法。3.如果低电阻的电势端钮与电流端钮搞错会产生什么现象？为什 么？答：在本实验中，若将待测低电阻的电势端钮与电流端钮接反，则测 得的电压为待测低电阻和电流表的接触电阻上共有的，所测阻值比待测低 电阻阻值要大。实验四 热电偶温度计定标【预习题】1.什么叫温差电动势？它与哪些因素有关？答：（1）两种不同的金属或合金，将其两端连接，形成闭合回路，当 两连接点的温度不同时，回路中就会产生电动势，这样的电动势就叫温差 电动势。（2）温差电动势与这两种金属或合金材料及冷热端的温度有关。【思考题】1.保温杯内冰水混合物的温度是否处处为零？答：保温杯内冰水混合物的温度理论上应该是处处为0?C,但在实际 实验中保温杯里冰水混合物与外环境有热交换，因而使得保温杯里的水不 一定为处处零。2.热电偶温度计有什么特点？答：(1)热电偶温度计具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范 围广等特点。(2)由于热电偶将温度转化成电信号进行检测，使温度的测量、控 制、以及对温度信号的放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控 制。实验六 薄透镜焦距的测定【预习题】1.本实验要求用那些方法测量凸透镜和凹透镜的焦距？答：测量凸透镜焦距的三种方法，自准法、物距像距法、共轨法。测 量凹透镜焦距的两种方法，视差法和物距像距法。2.什么是共轴调节？共轴调整的要求是什么？达不到这些要求对测 量有什么影响？答：在用多个透镜做实验时，各个透镜应调节到有公共的主光轴，并 且该主光轴应与导轨平行，这种调节称为共轴调节。共轴调节分为粗调和 细调两个步骤。若达不到物点与透镜共轴等高，所成的像偏离主光轴，数 据测量不准确。3.用物距像距法测凹透镜焦距的实验中，对第一次凸透镜所成的像 有什么要求？答：第一次凸透镜所成的像，应为倒立缩小的实像。【思考题】1.物屏与像屏间的距离D?4f和D?4f时，分别会出现什么现象？试用数学表达式说明之。答：物屏与像屏间的距离D?4f时，出现一个与物等大的像。D?4f时，不成像。证明如下：D2?d2(4f)2?d216f2?d21)将D?4f代入f?得f?,解得d?0.有唯一解，所以成等大的像。4D4?4fl6f22D?dD2)当D?4f时，有?成立，解得d?0,所以不成像。4D42.如果凸透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具 座上能测量它的焦距。答：(1)辅助透镜法：加一个已知小焦距的凸透镜作为辅助透镜。(2)视差法：与教材测凹透镜方法相同。实验七单摆设计【思考题】1.用秒表手动测量单摆周期时，从测量技巧上来考虑，应注意哪些 方面才能使周期测得更准确些？答：(1)注意定点观察，在摆线通过平衡位置时开、停秒表。(2)适当增加单摆振动次数，及重复测量。2.在室内天棚上挂一单摆，摆长很长无法用尺直接测出来，请设计 用简单的工具和方法测量其摆长。I答:测出单摆振动的周期T,查出本地重力加速度g,即可通过T?2?计算出摆长I。g实验八 用直流电桥测量电阻【预习题】1.怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差？'答：可以交换R0和Rx,进行换臂测量，这样最终Rx?RO?RO,就与比例臂没有关系了。【思考题】1.改变电源极性对测量结果有什么影响？答：在调节检流计平衡时，改变极性对未知电阻的测量没有影响。测 量电桥灵敏度时，改变电源极性会改变指针偏转方向，但对偏转格数没有 影响。总之，改变电源极性对测量结果没有影响。2.影响单臂电桥测量误差的因素有哪些？答：（1）电桥灵敏度的限制，（2）电阻箱各旋钮读数的准确度等级（3）电阻箱各旋钮的残余电阻（接触电阻）实验九液体粘滞系数的测定【预习题】1.在一定的液体中，若减小小球直径，它下落的收尾速度怎样变化？减小小球密度呢？答：在一定的液体中，小球下落的收尾速度与小球的质量和小球最大 截面积有关。m?V?K?Ks?r2?r3 即 v 收尾=K化简后得：v收尾=243?己从上式可见，小球的收尾速度与小球半径和密度的平方根成正比，其中K为比例系数。2.试分析实验中造成误差的主要原因是什么？若要减小实验误差,应对实验中哪些量的测量方法进行改进?答：在实验中，小球的半径r和下落速度v收尾是对粘滞系数?测量误 差影响最大的两个因素。Kr?(1)小球直径的测量：因为该量的绝对量值较小，如测量仪器选用 不当或测量方法不当都会造成测量的相对误差较大。应选用规则的小球,小球直径尽量小些。测量仪器的精度要较高。如选用螺旋测微器，读数显 微镜。(2)v收尾的测量：v收尾的测量又决定于测量距离S和t这两个量 的测量。在可能的条件下，增加S的量值是很重要的(即提高了本身测量精度，又提高了 t的测量精度)；在t的测量中，秒表的启动 和停止的判断果断，直接影响测量结果，实验前可进行训练。当然改进测 量方法，如用光电计时装置，可提高t的测量的准确度。(3)温度对液体的粘滞系数的影响极大，故在用一组小球测量液体 粘滞系数时，在第一个小球下落前要测量一次液体温度，最后一个小球下落后又要测量一次液体温度，取其平均值为液体粘滞系 数测量时的温度。【思考题】1.什么是粘滞阻力？dvdvdv答：液体流动时，流速层间的内摩擦力f与摩擦面积S、速度 梯度成正比：f?S或f?S,比例系数?称为粘滞系drdrdr数。单位为帕斯卡秒，用Pa s表示。2.什么是收尾速度？答：做直线运动的物体所受合外力为“0”时所具有的速度。在这一 时刻后物体将以“收尾速度”作匀速直线运动。3.在实验中如何确定A、B两标线？答：确定小球下落时合适的计时点（A点）十分必要，可根据小球由 液面从静止状态开始下落的运动方程：mg?0Vg?f?ma来进行分析讨论。式中：浮力为?0Vg（?。为液体的密度；V为小球的体积）、粘滞阻力为f。导 出小球由液面从静止状态开始下落到合外力为“0”时的这距离h的计算 公式：r4?2?4 h?l.ll?10?2（l?）?。一般地计时起点的的位置（A点）？为小球的密度，？/为液体的密度，？为液体粘滞系数（可进行粗测，也可通过查表得到）在液面下方5 cm就能实现小球匀速下落。至于下标线B点的位置在保 证离容器底部有一定距离情况下尽可能增大S的距离。实验十 模拟法描绘静电场【预习题】1.用二维稳恒电流场模拟静电场，对实验条件有哪些要求？答：（1）稳恒场中电极形状与被模拟的静电场的带电体几何形状相同。（2）稳恒场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀，电流场 中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。（3）模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。2.等势线与电场线之间有何关系？答：等势线与电场线处处正交。3.如果电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状是否变化？电场强度和电势分布是否变化？为什么？答：电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状不变，但原先电势为U的等势线变为电势为2U的等势线。根据(10-9)、(10-10)可知，电场 强度和电势分布变化：当r不变时，Ur-2Ur,Er-2Er0【思考题】1.出现下列情况之一时，用我们实验中所用装置画出的等位面和电 力线形状有无变化？(1)电源电压提高一倍；(2)导电纸上的导电材料的导电率相同但厚度不同；(3)电压表读数有比实际值大10%的系统性误差；(4)电极边缘和导电纸接触不良；(5)测量时电源电压不稳定，在缓慢增加。答：等势面和电场线形状变化情况为：(1)形状不变，但根据(10-9)可知，原先电势为Ur的等势线变为电势为2Ur的等势线。(2)形状不变,根据(10-9)、(10-10)可知，Ur、Er与厚度t无关。10(3)形状不变，但根据(10-9)可知，所测电势为Ur的等势线实为电势为U的等势线。11(4)形状有变化，接触不好导致电极的有效形状不再是圆形或圆环 形。(5)形状有变化，对于同一电势来说，后测量的点所测出的等势线电势半径将逐渐减小。2.怎样由测得的等位线描绘电力线？电力线的疏密和方向如何确定?将极间电压的正负交换一下，实验得到的等位线会有变化吗？答：见图所示。电场线的疏密由等势线的疏密确定，等势线密的地方 电场线也密。电场线的方向由正电位指向负电位。如果将极间电压正负极交 换一下，得到的等势线将会发生变化。原来电势高的等势线将变成电势低的等势 线，相反原来电势低的等势线将变成电势高的等势线。实验H一 液体表面张力系数的测定【预习题】1.如何装配及使用焦利氏秤？答：(1)安装好弹簧，小镜及玻璃管并初步调好他们之间的相互位置 后，调正三足底座上的底脚螺丝，使立管处于铅直状态。此时，小镜在玻璃 管内与玻璃管内壁应不触碰。(2)调节旋钮时要平稳，视线平视，做到“三线对齐”。【思考题】1.为什么在拉液膜的过程中始终保持“三线合一”？答：普通弹簧秤是上端固定，加负载后向下伸长，而焦利氏秤是控制弹簧的下端的位置不变，加负载后，弹簧伸长，调节旋钮，使“三线合一”保证了下端位置不变，相当于弹簧向上拉伸，由标尺和游标确定弹簧伸长 量。2.测金属丝框的宽度L时应测它的内宽还是外宽？为什么？答：应测外宽，因为表面张力与液膜周界成正比，而金属丝框形成的 液膜其周界为外侧宽度。3.若空立管不垂直，对测量有什么影响？试做定性分析。答：如图所示：口）中空立柱垂直时：设弹簧在受垂直力mg时伸长量为?II,受水的表面张力时的 伸长量为?12（2）中空立柱不垂直 时（与垂直方向有夹角8）：弹簧在受垂直力mg时伸长量仍为?II,但中空立柱的伸长量?I?则为?II=1 cos?受水的表面张力时的伸长量仍为？12，但相应的中空立柱的10?1伸长量则为？12=2 cos?垂直时mg?l2K?l2?llmg?l2mg?K?=2L?I1?I12L2L不垂直时K?l2mgmgK?=；?=?ll?l?cos?2Ll?mg?mg?l2?cos?2L=?=?I2?2L?I?l?ll?cos?I2?I2从三角形的几何关系可知：=；?11?11所以?=?。故对测量结果无影响。实验十三 拉伸法测金属丝的扬氏弹性摸量【预习题】1.如何根据几何光学的原理来调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位 置关系？如何调节望远镜？答：（1）根据光的反射定律分两步调节望远镜、光杠杆和标尺之间的 位置关系。第一步：调节来自标尺的入射光线和经光杠杆镜面的反射光线 所构成的平面大致水平。具体做法如下：用目测法调节望远镜和光杠杆 大致等高。用目测法调节望远镜下的高低调节螺钉，使望远镜大致水平;调节光杠杆镜面的仰俯使光杠杆镜面大致铅直；调节标尺的位置，使其大 致铅直；调节望远镜上方的瞄准系统使望远镜的光轴垂直光杠杆镜面。第 二步：调节入射角（来自标尺的入射光线与光杠杆镜面法线间的夹角）和 反射角（经光杠杆镜面反射进入望远镜的反射光与光杠杆镜面法线间的夹 角）大致相等。具体做法如下：沿望远镜筒方向观察光杠杆镜面，在镜面 中若看到标尺的像和观察者的眼睛，则入射角与反射角大致相等。如果看 不到标尺的像和观察者的眼睛，可微调望远镜标尺组的左右位置，使来自 标尺的入射光线经光杠杆镜面反射后，其反射光线能射入望远镜内。（2）望远镜的调节：首先调节目镜看清十字叉丝，然后物镜对标尺 的像（光杠杆面镜后面2D处）调焦，直至在目镜中看到标尺清晰的像。2.在祛码盘上加载时为什么采用正反向测量取平均值的办法？答：因为金属丝弹性形变有滞后效应，从而带来系统误差。【思考题】1.光杠杆有什么优点？怎样提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度？答：(1)直观、简便、精度高。?L?x?x2D?x(2)因为，即，所以要提高光杠杆测量微小长度变化的灵 敏度，应尽可能减小光杠杆长度b(光杠杆?b2D?Lb?L后支点到两个前支点连线的垂直距离)，或适当增大D(光杠杆小镜子 到标尺的距离为D)。2.如果实验中操作无误，得到的数据前一两个偏大，这可能是什么 原因，如何避免？答：可能是因为金属丝有弯曲。避免的方法是先加一两个发码将金属 丝的弯曲拉直。3.如何避免测量过程中标尺读数超出望远镜范围？答：开始实验时，应调节标尺的高低，使标尺的下端大致与望远镜光 轴等高，这样未加祛码时从望远镜当中看到的标尺读数接近标尺的下端,逐渐加祛码的过程中看到标尺读数向上端变化。这样就避免了测量过程中 标尺读数超出望远镜范围。实验十四 冰的熔解热的测定【思考题】1.设计一实验，通过实验的方法测定量热器的水当量。答：用混合法，将质量分别为ml、m2,温度分别为tl、t2的两份水 放入量热器里混合，热平衡方程式cm,w 为温度计 c(ml?W?w)(tl?T)?cm2(T?t2),式中 W?00 为量热器的 水当量(mO、cO分别为量热器的质量和材料的比热容)c的水当量，C为水的比热容，测出各温度和质量即可求出W。2.为了减小实验误差，操作时应注意哪些问题？答：（1）在测量量热器质量时注意使量热器干燥。（2）加入热水的温度不超过室温10,水量为量热器的五分之二（3）加冰前读出热水的温度（4）冰块大小合适，应该是熔化的冰，但表面用纸吸干水。（5）加冰后搅动冰块，仔细观察混合后混度的变化，读出最低温度。实验十五 牛顿环和劈尖干涉【预习题】1.何为等厚干涉？答：对分振幅薄膜干涉，当入射角一定、入射光波波长一定，光程差 仅是膜厚e的函数，干涉条纹是厚度相同点的轨迹时，这样的干涉为等厚 干涉。2.如何正确调节读数显微镜？在测量中怎样避免空程误差？答：先将显微镜降到靠近牛顿环装置附近,然后慢慢而又小心地自下而 上调节镜筒，直至看到清晰的牛顿环为止。在测量中为了避免空程误差，应 作到两点：先转动测微鼓轮向右侧（或向左侧）移动,将显微镜的十字叉丝 超过第35条暗纹（到40条），然后再退到35条暗纹，进行测量；测量中读 数显微镜只向一方向移动，中途不可倒退。3.测量牛顿环直径时要注意哪些问题？答：应注意两点：在测量中，测微鼓轮只能向一个方向旋转，否 则会产生空程误差.测量牛顿环直径时，注意左右两侧环纹不要数错，且 十字叉丝纵丝对准暗纹中心，防止工作台震动。【思考题】1.若把牛顿环倒过来放置,干涉图形是否变化？答：不变。2.在测量牛顿环直径时，若实际测量的是弦，而不是牛顿环直径，对结果 有何影响？答：没有影响。3.实验中如何使十字叉丝的水平丝与镜筒移动方向平行?若与镜筒移 动方向不平行，对测量有何影响？答：测量过程中如何竖叉丝始终与干涉圆环相切则十字的水平丝与镜 筒移动方向平行，若不是，则须调节目镜叉丝的方位。若与镜筒移动方向 不平行，干涉圆环直径的测量将产生误差。4.牛顿环和劈尖干涉条纹有何相同和不同之处？为什么？答：牛顿环和劈尖干涉条纹有何相同为都是等厚干涉。不同之处为牛 顿环的干涉条纹为明暗相间的同心圆，相邻条纹间距不等；劈尖的干涉条 纹为明暗相间的直条纹，且相邻条纹间距相等。因为牛顿环和劈尖干涉条 纹都是厚度相同点的轨迹，牛顿环厚度相同点的轨迹是圆，劈尖厚度相同 点的轨迹是直线。5.用什么方法来鉴别待测光学面为平面、球面和柱面？球面是凸球 面还是凹球面？如何鉴别？答：将一平晶置于待测光学面上，当（1）待测光学面为平面时，干 涉条纹为明暗相间的直条纹，且相邻条纹间距相等；（2）待测光学面为球 面时，干涉条纹为明暗相间的同心圆；（3）待测光学面为柱面时，干涉条 纹为明暗相间的直条纹，条纹对称于平面和柱面的交线，相邻条纹间距不 等。（4）当轻按球面，干涉圆环向外扩张时球面是凸球面；干涉圆环向内 收缩时球面是凹球面。实验十六示波器的使用【预习题】1.示波器为什么能把看不见的变化电压显示成看得见的图象？简述 其原理。答：（1）示波管内高速电子束使荧光屏上产生光亮点，而电子束的偏 转角度（光点在荧光屏上的位移）是受X轴和Y轴偏转板上所加电压的控制。（2）若只在X轴偏转板上加一个锯齿波电压（该电压随时间从-U按 一定比例增大到+U）,则光点就会从荧光屏左端水平地移动到右端（称为 扫描），由于荧光屏上的发光物质的特性使光迹有一定保留时间，因而在 屏幕水平方向形成一条亮迹（称为扫描线）。（3）若只在Y轴偏转板上加信号电压，则随着信号幅度的变化光点 就会在荧光屏竖直方向作上下移动形成一条竖直亮迹。（4）如在Y轴偏转板加上电压信号，同时又在X轴偏转板加上锯齿 波扫描电压，则电子束受到水平和竖直电场的共同作用，光点的轨迹呈现 二维图形（光点在X方向均匀地从左向右水平移动的同时又在Y方向随信 号幅度的变化在竖直方向作上下移动），即将Y轴偏转板上电压信号幅度 随时间变化的规律在屏幕上展开成为函数曲线（即信号波形）。（5）要得到清晰稳定的信号波形，扫描电压的周期Tx与信号电压的周期Ty必须满足Tx?nTy,以保证Tx的起点始终与电压信号固定的一点相 对应（称同步），屏幕上的波形才能稳定。（6）为了得到可观察的图形，锯齿波扫描电压必须重复扫描.2.观察波形的几个重要步骤是什么？答：（1）开启示波器电源开关后，将耦合开关置“，”，调整辉度、聚焦以及垂直、水平位移旋钮使屏幕中部出现亮度适中细小的亮点。（2）观察、测量时将耦合开关置“AC”或“DC”，触发选择开关置“INT”，将信号用同轴电缆线连接到Y轴输入端。（3）调节Y轴灵敏度选择开关和X轴扫描选择开关以及触发电平旋 钮，使信号幅度在屏幕范围内（屏幕竖直标尺的2/3左右），且有25个 完整稳定的波形。（4）定量测量时还应注意将扫描微调旋钮和Y轴微调旋钮置于校准 位置（顺时针旋转至最大）。3.怎样用李萨如图形来测待测信号的频率？答：1.将示波器功能置于外接状态（触发选择开关置EXT,触发 信号极性开关置X”）。将信号发生器的正弦波信号用同轴电缆线连接到X 轴输入端，待测频率的信号用同轴电缆线连接到Y轴输入端，分别调节信 号发生器幅度旋钮和Y轴灵敏度选择开关，使亮迹形成的图形在屏幕范围 内。2.调节信号发生器输出信号的频率，使合成的李萨如图形为稳定的形，从信号发生器上读出输出信号的的频率值Fxl,根据合成李萨如图形的两个信号频率比与图形切点数的关系Fx：Fy=NY：NX,求出 Fyl。3.再改变信号发生器输出信号的频率，使合成的图形为“8”、“8”、“000”等，NY：NX 分别为（1：2”、“2：1”、“1：3”等，相应地读出信号发生器输出信号的频率为FX2、FX3、FX4 等，求出FY2、FY3、FY4等，算出的FY的平均值即为待测信号的频 率。【思考题】N41.在示波器的荧光屏上得到一李萨如图形，Y轴、X轴与图形相交时 交点数之比x?,已知fx?100Hz,求fy。Ny3答：fy?Nx4?fx?100?133Hz o Ny32.为什么在共振状态下测声速？如何判断系统是否处于共振状态？答：本实验中将电信号转换为超声波信号的器件是压电陶瓷换能器，该换能器有一最佳响应的频率，当电信号频率等于该响应的频率时，压电 陶瓷片产生共振，输出信号最大，便于测量。示波器屏幕上的信号幅度为 最大值时，系统处于共振状态。实验十七分光计的使用用光栅测波长【预习题】1.分光计主要由几部分组成？各自作用是什么？答：（1）分光计主 要由底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘五个部分组成。（2）底座 上承载着其它四个部分，其中载物台、望远镜和刻度盘都可绕底座上的主 轴转动；平行光管用来产生平行光；载物台用来放置被测样品；望远镜用 来接收平行光；刻度盘与游标盘配合用来读取数据。2.分光计调节要求 是什么？答：分光计的调节要达到三个要求：（1）望远镜能接收平行光。（2）平行光管能发出平行光。（3）望远镜的光轴和平行光管的光轴与仪器的主 轴垂直。载物台与仪器的主轴垂直。3.用光栅测波长时，光栅应如何放置？为什么？答：用光栅测波长时按图17-7放置光栅。因为这样放置可方便调节。当调节平行光垂直照栅表面时（即光栅平面与平行光管轴线垂直），只须 调节螺钉I和II;调节平行光管的狭缝与刻痕平行时，只须调节螺钉III。射光光栅【思考题】1.为什么要用各半调节法调节望远镜的主轴垂直于仪器的主轴？答：综合考虑调节载物台调平螺钉I或II与调节望远镜水平度调节螺 钉对正反两面亮十字反射像与分划板上方的水平刻线间高度差的相互影 响，从而加快调节速度。2.当狭缝过宽或过窄时，将会出现什么现象？为什么？答：当狭缝过宽时，衍射条纹将变粗，相互靠近的条纹无法分开，在 测量时难以确定条纹的中心位置。当狭缝过窄时，将看不见衍射条纹，因而无法测量。3.用公式dsin?k?测光波波长应保证什么条件？实验中如何检查条 件是否满足？答：用公式dsin?k?测光波波长应保证：平行光垂直照射在光栅上。实验中通过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满 足。0级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用（中叉丝）的水平叉丝平分。光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝（上叉丝）重合。实验十九光具组基点的测定【预习题】1.主点（或面）、节点（或面）的含义是什么？它们在什么条件下重 合在一起？答:主点是横向放大率?1的一对共物点。若将物体垂直于系统的光 轴放置在第一主点H处，则必成一个与物体同样大小的正立像于第二主面 H?处。过主点垂直于光轴的平面，分别称为第一、第二主面（如图中MH、M?H?所示）。第一、第二主面主面是一对横向放大率?1的共腕面。节点 是角放大率?1的一对共飘点。如图所示：入射光线（或其延长线）通过 第一节点N时，出射光线（或其延长线）必通过第二节点N?,并与过N 的入射光线平行。过节点垂直于光轴的平面分别称为第一、第二节面。当 共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。2.实验中确定节点的依据是什么？如何确定？答：入射光线通过第一节点N时，出射光线必通过第二节点N?,并 与过N的入射光线平行。实验时不断改变光具组在上层导轨上的位置并使 上层导轨饶回转轴转动，当屏上则像点位置不动时，光具组的第二节点N?恰好在回转轴0点的位置上。3.如何调共轴，在实验中调共轴有什么必 要性？答：用两次成像法调节共轴。实验中调共轴可减小测量误差。【思考题】1.当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点是在 转轴的哪一方？反之如何？试绘图说明。答：当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点在转 轴的左侧（图1）;反之在转轴的右侧（图2）。图1 图22.第一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透镜，在什么条件下 才是对的？（光具组由二薄透镜组成）答:当HH?O即d?fl?f2?时，第 一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透镜。3.由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离d 可自己设定）答：根据自己选定的d,计算主点及焦点的大小，若焦点在光具组外，测量方法同实验所介绍方法相同。若焦点在光具组内，则需增加一凸透镜,使光具组内焦点的像经凸透镜后成像在屏上，再改变光具组在上层导轨上 的位置并使上层导轨饶回转轴转动，当屏上的像点不动时，转轴0点的位 置即节点位置，焦点的位置可根据凸透镜的焦距和所测像距算出。实验二十棱镜玻璃折射率的测定【预习题】1.为什么汞灯光源发出的光经过三棱镜以后会形成光谱?答：当复合光入射三棱镜以后，由于棱镜的色散作用，不同波长的光 将被分散开来。汞灯光源是复合光源，所以它发出的光经过三棱镜以后就 会形成光谱。2.怎样用反射法测定棱镜的顶角？答：反射法测定棱镜的顶角即教材中所介绍的自准直法。具体方法如 下：将待测棱镜置于分光计的载物台上。固定望远镜，点亮小灯照亮目镜 中的叉丝，旋转棱镜台，使棱镜的一个折射面对准望远镜，用自准直法调 节望远镜的光轴与此折射面严格垂直，即使十字叉丝的反射像和调整叉丝 完全重合。如图20-5所示，记录刻度盘上两游标读数vl,v2；再转动游标 盘联带载物平台，依同样方法使望远镜光轴垂直于棱镜第二个折射面，记录 相应的?;同一游标两次读数之差等于棱镜角A的补角？：游标读数 v'l,v2图20-5自准直法即棱镜角A?180?,重复测量几次，计算棱镜角A的平均值和标准不 确定度。3.何为最小偏向角？实验中如何确定最小偏向角？答：当入射光线与折射光线左右对称时，即当i?i?,?时，光线的 偏向角?最小，此角称为最小偏向角，以?m表示。实t?(v'2?v2)?(v'l?vl)12中将三棱镜放置在调好的分光计载物 台上，放置时注意将棱镜一底角对准平行光管，眼睛从另一底角方向找到 经棱镜折射后形成的谱线。然后慢慢转动棱镜台，缓慢改变入射角L谱线 会向一方向移动。当棱镜台转到某一位置，该谱线不再移动，这时无论棱 镜台向何方向转动，该谱线匀向相反方向移动，这个谱线反向移动的极限 位置就是棱镜对该谱线最小偏向角的位置。【思考题】1.在用棱脊分束法测三棱镜的顶角时，为什么三棱镜放在载物台上 的位置，要使得三棱镜的顶角离平行光管远一些，而不能太靠近平行光管 呢?试画出光路图，分析其原因。答：用棱脊分束法测三棱镜的顶角时若三棱镜太靠近平行光管，反射 光将不能进入望远镜，在目镜中将不能看到平行光管狭缝的的像。其光路 图如下：2.设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案。答：具体方法请学生自行设计。实验二十一 多普勒效应的研究与应用【思考题】1.电磁波与声波的多普勒效应原理是否一致？答：是一致的。多普勒效应是当波源和接收器之间有相对运动而产生 接收器的频率与波源的频率不同的现象2.本实验中，频率的调节是以什么为标准的？为什么？答：调节发生器驱动频率以接收器的谐振电流达到最大，作为频率的 调节标准。因为在超声应用中，要将发生器与接收器频率匹配，即将驱动频率调到谐振频率，这时其接收器谐振频率最大。才能 有效的发射与接收超声波。实验二十二 霍尔效应及磁场的测定【预习题】1.当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面不完全垂直时，测得的 磁感应强度实验值比实际值大还是小？为什么？请作图说明。答：小一些。因为当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面不完全垂 直时，实验所测得的磁感应强度为实际磁强应强度B在与霍尔元件平面垂 直方向上的一个分量。如图所示，设磁感应强度B与霍耳元件平面法线间 的夹角为？，则实验值为B?Bcos?。因为cos?l,所以实验值B?比实际值 B小。【思考题】1.在“用霍尔元件测螺线管磁场”实验中，若某一同学将工作电流 回路接入“霍尔电压”接线柱上，而将电位差计（或数字电压表）接在“工 作电流”接线柱上。他能测得磁场吗？为什么？答：能。由霍尔元件的工作原理可得，半导体中的电荷受到洛伦兹力 产生偏转，将工作电流回路接入“霍尔电压”接线柱上，电荷同样受到洛伦 兹力发生偏转，将在“工作电流”接线柱上产生霍尔电压。2.根据实验结果比较螺线管中部与端口处的磁感应强度，求：B端口 B中部?，分析其结果。1B中部。2答：端口的磁感应强度B端口应为中部磁感应强度B中部的一半，由于存在漏磁现象，实际测量出的B端口？实验二十三 密立根油滴实验【思考题】1.实验时，怎样选择适当的油滴，如何判断油滴是否静止？答：（1）在工作、平衡状态下，电压调至350以上。喷油，通过正负及电压调节在 150以上能静止的小油滴。（2）带电静止的油在0时会匀速下降，在工 作电压平衡时不上下游动。2.油滴太大或太小或者可带电荷量太多，对试验结果会产生什么影响？答：（1）油滴太大或太小，使得油滴的运 动受空气阻力的作用变化太大，难以平衡。（2）电荷太多，一是难平衡，二是下降速度太快测不准，三是电荷 多总电压量大，单位电荷更是不准确。实验二十四导热系数的测定【预习题】1.实验中为什么要在样品上、下表面的温度几乎保持不变时，才能 测?1和?2?答：本实验中采用稳态法测不良导体导热系数，所谓稳态法，是要求 利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温度分布，然后进行测量。在加 热过程中，当样品上、下表面的温度几乎保持不变时，传热达到动态平衡，样品内部形成一个稳定的温度分布内，这时才能测量温度示值?1和?2。【思考题】1.什么是稳态法？在实验中如何实现它？?Q答：所谓稳态法，是要求利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温 度分布，然后测量该状态的热量传递?t,代入式T?T2?Q中可解出导热系数Ko?K?S?1?th在实验中加热过程中，观察样品盘上、下表面的温度，若在lOmin内 保持不变（？1和?2不变）可认为已达到稳态。利用公式?Q?T?T1?cm将传热速率转换成在稳态附近样品下表面温度变化速率，即温度 示值的变化速率（），测出稳态附近样?t?tT?T2?t?t品下表面温度示值？随时间t的变化，作?一t曲线，并从曲线上求出?t,代入公式K?24mch?D2（?l?2）?t中即可。?22.观察实验过程中环境温度的变化，分析散热速率与时间的关系，讨论环境温度的变化对实验结果的影响。答：环境温度较高，则样品盘侧面散热较少，系统误差小。（若不考 虑侧面散热，夏天和冬天测出的导热系数同，因稳态温度?梯度和稳态散热速率均与环境温度有关O夏天?t小，而?1?2也小0）在过程中，开始时候，环境温度相对较低，随着实验的进行，环境温度逐 渐升高，导致测量数据变小。3.分析用稳态传热法测定不良导体热系数 中误差的主要来源。答：（1）样品侧面不严格绝热；（2）以散热盘的冷却速率代替样品盘的散热速率，而样品与散热盘