大学物理实验思考题(附答案)

“大学物理实验”思考题 1. 什么是测量误差，从形成原因上分哪几类？A 类和B 类不确定度指什么？试举例（比如导线直径的测量）计算分析说明。

测量结果和实际值并不完全一致，既存在误差。 误差分为系统误差，随机误差，粗大误差。

A类不确定度：在同一条件下多次重复测量时，由一系列观察结果用统计分析评定的不确定度。

B类不确定度：用其他方法（非统计分析）评定的不确定度。

2. 就固体密度的测量实验来分析间接测量结果与不确定度。

3. 螺旋测微器、游标卡尺、读数显微镜都是测量长度的工具，试具体各举一个例子详细说明这些仪器是如何读数的？另外，在螺旋测微器实验中，为什么要关注零点的问题？如何来进行零点修正呢？

螺旋测微器:螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm,可动刻度有50个等分刻度,可动刻度旋转一周,测微螺杆可前进或后退0.5mm,因此旋转每个小分度,相当于测微螺杆前进或推后0.5/50=0.01mm.

游标卡尺：以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数．看游标上哪条刻线与主尺上的某一刻线（不用管是第几条刻线）对齐，由游标上读出毫米以下的小

数．总的读数为毫米整数加上毫米小数. 读数显微镜与螺旋测微器类似

4. 图线法、逐差法、最小二乘法都是处理数据的常用方法，它们各有什么好处？如何进行？试各举一个例子加以详细说明。

图线法简便，形象，直观。

逐差法提高了实验数据的利用率,减小了随机误差的影响,另外也可减小中仪器误差分量。

最小二乘法理论上比较严格，在函数形式确定后，结果是唯一的，不会因人而异。

5. 测量微小的形变量，常用到光杠杆，请叙述光杠杆的测量原理，并导出基本测量公式。

6. 迅速调出光杠杆是一个技术性很强的实验步骤，请具体说明操作的基本步骤。

（1）调整望远镜水平,光杠杆平面镜竖直 （2）调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同

（3）沿望远镜外侧边沿上方使凹口、瞄准星、平面镜在同一直线上，左、右移动望远镜在镜子里找到竖直尺的像;若找不到,可微调镜子的角度,直到找到为止。 （4）旋动望远镜目镜,使十字叉丝清晰;再旋动聚焦手轮,直到看清竖直尺的像。

7. 测量一个物体的杨氏模量，可以有很多方法。请说出拉伸法的基本原理，并给出相应的测量公式。作为设计性实验，你能不能再设计一种测量方法，请具体写出该测量方法的实验原理和测量要点。

逐差法

8. 什么是刚体的转动惯量？请给出三线摆测量的基本原理，并给出相应的测量公式，请详细说明三线摆实验的操作要点和注意点。作为设计性实验，你能不能再设计一种测量方法，请具体写出该测量方法的实验原理和测量要点。

转动惯量是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度,用字母I或J表示

9. 什么是刚体的平行轴定理和正交轴定理？如何验证平行轴定理？试举例进行详细说明。作为设计性实验，你能不能再设计一种测量方法来验证正交轴定理，请具体写出该测量方法的实验原理和测量要点。

若有任一轴与过质心的轴平行，且该轴与过质心的轴相距为d，刚体对其转动惯量为J'，则有：J'=J+md^2

其中J表示相对通过质心的轴的转动惯量,这个定理称为平行轴定理 当刚体为厚度可以忽略，并且刚体的形状在平面内时，此刚体绕与平面垂直的轴线的转动惯量，等于绕以下两条轴线的转动惯量之和：此两条轴线在刚体所在的平面内；两条轴线过垂直轴和平面的交点；两条轴线互相垂直

1.用天平称量薄板的质量m2，

2．将薄板置于大圆盘上，质心轴与大圆盘的转轴重合，摆动50个周期，计算Iz。再将薄板改变方向放置，使其分别绕x方向转轴和y方向转轴转动，计算Ix和Iy，并求其和与Iz比较。

10. 测量固体或液体的密度，有很多种方法。你能不能找到3 种方法，来测量固体的密度？能不能至少找到一种方法，来测量液体的密度？请具体写出该测量方法的实验原理和测量要点。

固体：直接称衡法，液体静力称衡法，天平测质量排水法测体积 液体：质量体积法，液体静力称衡法

11. 在物理实验中，速度与加速度的测量也经常会遇到。你能不能找到一种方法，可以测量物体运动的速度？你能不能再找到两种方法，可以测量物体运动的加速度？请具体写出该测量方法的实验原理和测量要点。

打点计时器

12. 在物理实验中，测量一个微小的长度，或一个微小的位移，有很多种方法。 你能不能至少找到3 种不同的方法，来完成这个测量？请具体写出该测量方法的实验原理和测量要点。

放大法：光杠杆，扭秤，干涉法

13. 描绘静电场的等势线，我们用的是电流场。你能不能说明，这样的模拟是有效的？在实际实验测量中，与理论计算的结果对比，我们发现有时会存在非常大的偏差，你认为原因在哪里？你认为如何改进数据处理方法，可以较大程度地改善这个问题？

相似性

用电脑软件处理

14. 什么是气体的摩尔定压热容和摩尔定容热容？气体的比热容比又是什么？对常见的气体，理论上的数值是多少？请给出气体比热容比的测量原理及相应的测量公式，并说明这个实验误差的主要来源。

摩尔定压热容: 气体的摩尔定压热容，是指1mol气体在压强不变而且没有化学反应与相关的条件下，温度改变1K（或1度）所吸收或放出的热量 摩尔定容热容：等容过程中,一摩尔气体温度升高（降低）1k（1℃）时所吸收（放出）的热量。

比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量. 1.4

容器不能完全密封

15. 示波器是一种重要的电信号测量仪器，请说明用示波器如何来测量一个电信号的幅度和频率。分析一个频率比为1:1 的利萨如图形，你怎么知道X 信号和Y 信号之间的相位差？用示波器如何来分析一个交流电路中电流与电压之间的相位差？请结合一个电阻与电容器串联的电路，对此进行详细说明。

16. 利萨如图形是物理实验中测量物理量的一个重要手段。要在示波器上观察利萨如图形，该如何操作？如何来分析图形的周期比？在利萨如图形的应用中，可以用来测量声速，也可以用来观察磁滞回线，请给出声速测量、磁滞回线测量的基本原理。

17. 什么是软磁材料和硬磁材料？这两种材料各有什么用处？如何测量材料的基本磁化曲线？

工程上把磁滞回线细而窄、矫顽力Hc很小（约1A/m）的铁磁材料称为软磁材料，软磁材料适合做继电器、变压器、镇流器、电动机和发电机的铁芯。

把磁滞回线宽、矫顽力大（约104-106A/m）的铁磁材料称为硬磁材料。硬磁材料则适合于制造很多电器设备（如电表、扬声器、电话机、录音机）中的永磁体。

18. 请详细说明电聚焦原理和磁聚焦原理。

19. 测量透镜的焦距有很多方法，请给出至少4 种方法。请说明这些方法的原理、公式和操作要领。如果要测量一个凹透镜的焦距，该如何进行，请至给出一种方法。请说明这个方法的原理、公式和操作要领。

自准法、物距像距法、共轭法、物像等大法

① 近视眼镜正对着太阳光,白纸与眼镜平行;②用刻度尺量出白纸上亮环的直径为D;③量出白纸到眼镜的距离为L;④量出玻璃镜片的直径为d。相似三角形

20. 如何测量一个电阻器的电阻？请至少给出4 种方法。请说明这些方法的原

理、公式和系统误差情况。

直接测量、伏安法、惠斯通电桥、替代法（电阻箱和待测电阻串联，等到电压相同时读出电阻箱示数）

21. 牛顿环是一种典型的等厚干涉图样。请说明用牛顿环测量曲面曲率半径的基本原理和测量公式。除了等厚干涉以外，还有等倾干涉，你能说出它的干涉原理以及干涉图样的特点吗？

当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉．等倾干涉一般采用扩展光源，并通过透镜观察．

当光程差为波长整数倍时，形成亮条纹，为半波长奇数倍时是暗条纹。等倾条纹是内疏外密的同心圆环。

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