大学物理实验(第一册)思考题

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1、霍尔效应及其应用 2如已知霍尔样品的工作电流 及磁感应强度 B 的方向，如何判断样品的导电类型？ 以根据右手螺旋定则，从工作电流 旋到磁感应强度 B 确定的方向为正向，若测得的霍尔 电压 为正，则样品为 P 型，反之则为 N 型。 3本实验为什么要用 3 个换向开关？ 为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响，需要在测量时改变工作电流 及磁感应强 度 B 的方向，因此就需要 2 个换向开关；除了测量霍尔电压 ，还要测量 A、C 间的电位 差 ，这是两个不同的测量位置，又需要 1 个换向开关。总之，一共需要 3 个换向开关 预习思考题】 1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态？为什么要在

2、系统处于共振的条件下进行声 速测定？ 答：缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮，使交流毫伏表指针指示达到 最大（或晶体管电压表的示值达到最大） ，此时系统处于共振状态，显示共振发生的信号指 示灯亮，信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节 的位置，当发射换能器 S1 处于共振状态时，发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳 状态移动 S1 至每一个波节处，媒质压缩形变最大，则产生的声压最大，接收换能器 S2 接 收到的声压为最大，转变成电信号，晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一 个电压最大值时的位置，即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件

3、下进行声速测定， 可以容易和准确地测定波节的位置，提高测量的准确度。 2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的？ 答：压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材 料制成。这种材料在受到机械应力，发生机械形变时，会发生极化，同时在极化方向产生 电场，这种特性称为压电效应。反之，如果在压电材料上加交变电场，材料会发生机械形 变，这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器 S1 作为声波的发射器是利用了压电材料 的逆压电效应，压电陶瓷环片在交变电压作用下，发生纵向机械振动，在空气中激发超声 波，把电信号转变成了声信号。换能器 S2 作为声波的接收

4、器是利用了压电材料的压电效 应，空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变，从而产生电场，把声信号转变成了电信号。【分析讨论题】 1. 为什么接收器位于波节处，晶体管电压表显示的电压值是最大值？ 答：两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波。其驻波方程为 A（x）为合成后各点的振幅。当声波在媒质中传播时，媒质中的压强也随着时间和位置发 生变化，所以也常用声压 P 描述驻波。声波为疏密波，有声波传播的媒质在压缩或膨胀时， 来不及和外界交换热量，可近似看作是绝热过程。气体做绝热膨胀，则压强减小；做绝热 压缩，则压强增大。媒质体元的位移最大处为波腹，此处可看作既未压缩也未膨胀，则声 压为零，媒质体元位移为零

5、处为波节，此处压缩形变最大，则声压最大。由此可知，声波 在媒质中传播形成驻波时，声压和位移的相位差为 。令 P（x）为驻波的声压振幅，驻波 的声压表达式为波节处声压最大，转换成电信号电压最大。所以接收器位于波节处，晶体管电压表显示的 电压值是最大值。 2. 用逐差法处理数据的优点是什么？答：逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法，是对等间隔变化的被测物理量的数据， 进行逐项或隔项相减，来获得实验结果的数据处理方法。逐差法进行数据处理有很多优点， 可以验证函数的表达形式，也可以充分利用所测数据，具有对数据取平均的效果，起到减 小随机误差的作用。本实验用隔项逐差法处理数据，减小了测量的随机误差。

6、1在示波器状况良好的情况下，荧光屏看不见亮点，怎样才能 找到亮点？显示的图形不清晰怎么办？ 首先将亮点旋钮调至适中位置,不宜过大,否则损坏荧光屏，也不宜聚焦。在示波器面板上关掉扫描信号后（如按下 xy 键），调节上下位移键或左右位移键。调整聚焦旋钮，可使图形更清晰。 2如果正弦电压信号从 Y 轴输入示波器，荧光屏上要看到正弦波，却只显示一条铅直或水平直线，应该怎样调节才能显示出正弦波？如果是铅直直线，则试检查 x 方向是否有信号输入。如 xy 键是否弹出，或者（t/div）扫描速率是否在用。如果是水平直线，则试检查 y 方向是否信号输入正常。如（v/div）衰减器是否打到足够档位。3.观察正弦

7、波图形时，波形不稳定时如何调节？ 调节（t/div）扫描速率旋钮及（variable)扫描微调旋钮，以及（trig level)触发电平旋钮。 4.观察李萨如图形时，如果只看到铅直或水平直线的处理方法？ 因为李萨如图形是由示波器 x 方向的正弦波信号和 y 方向的正弦波信号合成。所以，试检查 CH1 通道中的（v/div)衰减器旋钮或 CH2 通道中的（v/div)衰减器旋钮。 5.用示波器测量待测信号电压的峰峰值时，如何准确从示波器屏幕上读数？ 在读格数前，应使“垂直微调”旋到 CAL 处。建议用上下位移（position)旋钮将正弦波的波峰或波谷对齐某一横格再数格数，就不会两头数格时出现太

8、大的误差。 6.用示波器怎样进行时间（周期）的测量？ 在读格数前，应使“垂直微调”旋到 CAL 处。根据屏幕上 x 轴坐标刻度，读得一个周期始末两点间得水平距离（多少 div),如果 t/div 档示值为 0.5ms/div，则周期水平距离（div）0.5ms/div。 7.李萨如图形不稳定怎么办？ 调节 y 方向信号的频率使图形稳定。 霍尔效应1、实验过程中导线均接好，开关合上，但 Vh 无示数，Im 和 Is 示数正常,为什么? （1） Vh 组的导线可能接触不良或已断。仔细检查导线与开关连接以及导线是否完好正常。 （2）Vh 的开关可能接触不良。反复扳动开关看是否正常。（3）可能仪器的显

9、示本身有问题。2、Im 和 Is 示数稳定，Vh 示数极不稳定,为什么?仪器本身问题。更换仪器。 3、利用对称测量法测霍耳电压时，改变 Is 或 Im 方向，霍耳电压值的符号不改变? （1）可能由于霍耳元件的四根连线连接错误而导致霍耳元件已烧坏。 （2）可能导线未接在中间的接线柱上，导致开关不能改变方向。 4、接好连线后打开仪器 Im 或 Is 示数为零，Vh 有示数? （1） 导线及霍耳元件的连线接触不良或已断，重新将连线连好，已断的重新焊接。（2） 两组开关可能接触不良。 5、Im 或 Is 示数不稳定从而 Vh 示数不稳定? （1）仪器本身有故障。（2）调节 Im 或 Is 过快使仪器反

10、应发生失灵现象。关闭仪器，重新打开仪器后缓慢调节 Im 或 Is （3）调节 Im 或 Is 的旋钮接触不良。6、结果误差偏大? （1）霍耳电压电压值偏离原定的值，而操作者未注意。 （2）长时间通电流是霍耳元件性能有影响，造成误差偏大。 （3）仪器 X2 刻度尺下的小游标的位置可能被移动，使得结果误差偏大。 声速测量1.用“驻波共振法”测波长时，如何调出示波器上正弦波形？示波器“Y 轴衰减”旋钮应置于较小数值档。移动接收器 S2时，荧光屏上宽带的宽度应变化。如不变，可交换输入到示波器的两接线柱位置，或交换输入到发射器 S1的两接线柱位置。调节扫描频率即可调出正弦波。2.用“相位比较法”测波长时

11、，如何调出椭圆或直线？ 接收器 S2接收到的信号应从示波器“X 输入”端输入，发射器 S1信号应输入到示波器“Y 轴输入”端，且“Y 轴衰减”旋钮应置于较大数值档。如果还不能出现椭圆或直线，可交换 S1或 S2两接线柱位置。3.用“驻波共振法”和“相位比较法”测波长时，如严格按上述方法操作，还是调不出应有波形，怎么办？此时可能是连接导线断路或接头接触不好，应用万用电表欧姆档对每根导线进行检查，确保每根导线无断裂，各个接头接触良好。4.为什么在实验过程中改变 S1、S2间距离时，压电换能器 S1和 S2两表面应保持互相平行且正对？不平行会产生什么问题？因为只有当 S1、S2表面保持互相平行且正对

12、时，S1S2间才可能形成驻波，才会出现波腹和波节，S2表面才会出现声压极大值，屏幕上才会出现正弦波振幅发生变化，由此可测超声声波波长。如果 S1、S2表面不平行，则 S1、S2间形不成驻波，屏幕上正弦波振幅不会发生变化，就不能用驻波共振法测波长，故实验中必须使 S1、S2表面平行。5.如何调节与判断测量系统是否处于共振状态？使用驻波共振法，当示波器上出现振幅最大正弦波时，表示 S1、S2间处于驻波共振状态。调节方法是移动S2，观察示波器上正弦波振幅变化。6.使用“驻波共振法”测声速时，为什么示波器上观察到的是正弦波而不是驻波？因为驻波是在发射器 S1与接收器 S2间形成，接收器 S2接收到的是

13、一个声压信号，在驻波波节位置，声压信号最强，输入到示波器 Y 偏转板，经 X 偏转板扫描，故示波器上观察到的是正弦波。 7.使用“驻波共振法”测声速时，示波器上观察到的正弦波振幅为什么随 S1S2间距增大而越来越小？这是因为超声波在空气中传播时，由于波动能量总有一部分会被空气吸收，波的机械能会不断减少，波强逐渐减弱，振幅逐渐减少。8.用“相位比较法”测声速时，为什么只有当李萨如图为直线时才读数？因为李萨如图形为椭圆时，由于椭圆形状、大小不确定，接收器 S2位置难以确定。只有当李萨如图形为直线时，图形直观唯一，容易确定 S2位置。9.测声速时，“驻波共振法”与“位相比较法”两种电路可交换吗？不能

14、。因为驻波共振法只把接收器 S2接收到的信号输入到示波器 Y 偏转板，观察到的是正弦波信号。而位相比较法把接收器 S2信号输入示波器 X 偏转板，发射器 S1信号输入到 Y 偏转板，观察到的是李萨如图形。10.为何两种方法均测半波长值而不直接测波长值？因为超声波在空气中有衰减，如果直接测波长值，测得数据个数少，由于衰减，后面数据测不出来。而测半波长，数据个数多，又便于用逐差法处理数据，减少测量误差分光计1.总结分光计精细调节应满足那几点要求？怎么判断是否调节好？2.调节望远镜时，若找不到平面镜反射回来的绿色亮“十”字，估计有哪些原因？3.在在舞台上放置三棱镜时，为什么要使折射面垂直于在舞台调平

15、螺钉的连线？1 分光计要作精密测量,它必须首先满足下述两个要求:入射光和出射光应当是平行光;入射光和出射光的方向以及反射面和出射面的法线都与分光计的刻度盘平行.为达此目的,对分光计的调节要求是:a.望远镜聚焦于无穷远;b.望远镜光轴与分光计中心轴垂直;c.平行光管发射平行光,且其光轴也与分光计中心轴垂直2 如果找不到，则粗调没有达到要求，应重调3 方便调节,只有这两个螺钉影响镜面的垂直度1.已调好望远镜光轴垂直仪器主轴，若将平面镜取下后又放到载物台上（放的位置与拿下前的位置不同），发现两镜面又不垂直望远镜光轴了，即反射像的位置又不正确了，这是为什么？是否说明望远镜光轴还没调好？2.用汞灯做光源

16、测定最小偏向角时，当测完黄光的最小偏向角后，能否不再转动载物台，只稍微移动望远镜即可测出其他波长的最小偏向角？试说明之。1.答：不能说明望远镜光轴还没有调好。因为将平面镜取下后，又放到载物台上（放的位置与拿下前的位置不同），这时平面镜已经不与仪器主轴平行了，所以不能说明望远镜光轴还没有调好。 2.因为黄光在此四色光中最小偏向角最小，当测试完黄光之后，若再把其他光的光谱线向光轴延长线方向移动，必然会向相反方向移动，此既说明其他光谱线已在最小偏向角需测量位置，故可以 测非线性电阻的伏安特性测非线性电阻的伏安特性 思考题思考题 ：从二极管伏安特性曲线导通后的部分找出一点，根据实验中所用的电表，试分析若电流表内接，产生的系统误差有多大？如何对测量结果进行修正？答：如图 5.9-1，将开关接于“1” ，称电流表内接法。由于电压表、电流表均有内阻（设为 RL与 RA） ，不能严格满足欧姆定律，电压表所测电压为（RLRA）两端电压，这种“接入误差”或 “方法误差”是可以修正的