物理实验思考题答案

1、电磁感应【Q】在实验中我们发现，旋转的铝盘会对磁铁产生牵引力，发过来磁铁也会对铝盘有一个反作用力（磁阻尼力），这个阻尼力会影响实验精度吗？【A】并不会影响实验精度，且铝盘会以一个恒定的频率在转动！原因：步进电机的工作原理，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。因此，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。【Q】大家是否发现在我们这个实验中，铝盘上面挖了六个小孔，你们认为这些小孔会对牵引力产生影响吗？【A】小孔会对牵引力产生影响，牵引力相比没孔的铝盘会变小；每一根铝丝两端都会产生感应电动势，铝盘就相当于多个电源的并联，但是由于小孔的存在，产生的电流可能不稳定，牵引力会有小幅波动，但是小孔并不是改变磁通量的“罪魁祸首【Q】测量磁悬浮力或牵引力时，永磁体的位置对结果有什么影响？比如正对着铝盘圆心与偏离角度的区别；还有永磁体靠近铝盘中心时所受的力与磁体位于铝盘边缘时相比，大小如何？【A】做了几次试验，发现当磁铁在盘内较大距离时力不大，到盘边时较大，远离盘后减小。可推知力与磁铁到盘中心的距离是一个单峰的函数，有水平渐近线。【Q】大家想一下，如果那个轴承完全无摩擦，那么它的转速会无限增大吗？【A】【Q】如何改进？？【A】此实验的磁悬浮力和磁牵引力装置应增加一个角度指针，因为我们在做距离和力的大小的关系试验中，每次都要将测力器杆取出，然后重新固定，这当中是不是会因为角度的不同产生较大的误差呢？所以可以增加一个角度小指针，来校正测力杆放置的方向，减免误差我们是准备加一个升降装置的，最好带刻度的。 1.测量磁悬浮传动系统的轴承转速时，测得的转速不是很稳定，而转速的测定时以一定时间内通过轴承的光束的个数为依据的。所以我建议增加轴承上计数孔的个数，这样测得的数目会增多，可以减小不稳定因素的干扰，所得读数会相对集中一些。 2.我做实验时的传感器支架稳定性不好，每次垫一个垫片测磁牵引力和磁悬浮力时，旋转的铝盘很容易擦到永磁铁。不仅如此，垫片的厚度参差不齐，有的明显比别的厚一点。即使测量多个垫片的厚度求平均值，恐怕误差依然不小。所以我提议给传感器支架换用一个带刻度的支架，同时最好加上手摇齿轮式的升降装置，让传感器支架能以小的幅度上升或下降。另外，最好能使传感器支架不仅能竖直、水平旋转，还能沿铝盘的半径移动并附带刻度以确定其位移。 3.将有孔洞的铝盘换做平整、光滑的铝盘。使其能稳定的切割磁感线从而与永磁体产生稳定的相互作用，进而得到稳定的力的读数，从而减小实验误差。 4.增大铝盘的转速上限。更快地切割磁感线能产生更大的相互作用力从而减小其它外力的影响，同时还能减小读数的波动周期，获得更稳定的读数并获得更多的实验数据，从而减小实验误差，丰富实验内容。

2、RLC电路【Q】在测量RC串联电路的时间常数时，若充电的时间不够或充电过快，对结果有何影响？【A】充电不足不就是充电过快么？充电不足使得最大值未达到就放电，此时下降到一半（0.5E）的的时间td变长，故偏大。【ALL_Q】 (1) 试分析方波信号频率对观察和测量RLC电路暂态过程的影响？ (2) 依据现有装置，拓展设计对电路内阻r的测量方案与分析。 (3) 估计和检验实验测量结果的正确性与合理性的经验分享。 (4) 实验中如何判断弱阻尼、临界阻尼和过阻尼状态？简述理由。 (5) 实验电感的电阻值，是否影响RLC电路的振荡特性？为什么？ (6) 测量RC电路τ时，充电不足或过快对测量结果有何影响？ (7) 判定临界阻尼现象、改善和提高Rc测量的精度的经验分享。 (8) RLC电路实验的总结(经验分享、体会、感想、讨论、建议等)。 (2) 依据现有装置，拓展设计对电路内阻r的测量方案与分析。通过本次的三个实验，都可逆向求解电路内阻r.

①RC电路中，调节电阻箱使Vc（t）末端走平且R最大，由半衰法求解τ，由τ=RC可求出r=R-R电阻箱。可以调节C值，并多次测量求平均值。缺点：判断E/2处时，波形线较粗，光标较细，会造成一定的误差。②RLC电路中，将电阻箱置零，调节C与L的值（可使一值不变，只调节另一值（控制变量）），由实验方法测量3-5组T值，并由T=(2π√LC)/[√（1-R2/4L）]可求解R值，即r。此方法较为准确，当调节光标时可以利用波峰的对称性来确定其位置，且每次测量时两光标之间相隔3-4个周期，测出的T较为精确。③临界阻尼状态下，Rc=2√(L/c)=R电阻箱+r。此方案在测量时较难确定其临界状态，对r的值确定影响较大。当调节方波的U与T（1/f）值，使波形本身放大，从而使图像更加清晰。综上，方案二测出的r值更为准确。 (7) 判定临界阻尼现象、改善和提高Rc测量的精度的经验分享。在测量过程中，我尝试使用两种方法来确定临界阻尼，①调节时间轴最短，U轴最大，从而使弱阻尼状态下震荡个更加明显，，但此种方法使曲线更粗，难以判断波形。②将横向和纵向都调节到最大，寻找无震荡且最陡的曲线，但在临界状态附近仍难以判断。思考：假设波形放的更大能更加准确的测定临界状态，但由于示波器有其防大范围，所以可以适当放大方波的U与T（1/f）值，使波形本身更大，从而使波形在临界状态下的波形更清晰。（但也有可能波形变粗使其难以判断）。 (1) 试分析方波信号频率对观察和测量RLC电路暂态过程的影响？方波信号频率决定了电容的充电时间的长短，当频率较大即时间较小时，电容不能完全的充放电，得到的V-t图中，电压还没到饱和值变成水平线时便开始放电下滑了；当频率较小即时间较长时，得到的V-t图中，电压上升所占的比率较小，难以从图中清晰地看到电容充放电的具体过程。故综上，应当选取适当的频率以获得合适的，刚好充满整个坐标的电容充放电的V-t图 (4) 实验中如何判断弱阻尼、临界阻尼和过阻尼状态？简述理由。在RLC电路的暂态过程周期图中，若电压V经过震荡后才逐渐稳定，则为弱阻尼状态；逐渐增大电阻R，若电压V从大幅震荡逐渐减小至刚好无震荡，则此时的电阻为临界阻尼状态；再逐渐增大R，从刚好无震荡变成以缓慢递增的变化方式逐渐趋于稳定状态，则此时为过阻尼状态。 (6) 测量RC电路τ时，充电不足或过快对测量结果有何影响？充电不足，则导致电压还没上升到最大值时便开始放电下降，此时根本不能测得τ值；当充电过快时，虽然电容是完全地进行了充放电，但所占时间比例较小，很难精确地测得半衰期，所得结果自然不准。 (8) RLC电路实验的总结(经验分享、体会、感想、讨论、建议等)。在判断临界阻尼现象时，一定不要局部地放大震荡部分，如此的话，会是原本曲率较大的震荡部分被拉平，导致人无法准确地判断临界阻尼状态。应当适当地放大或缩小示波器上的图像以便准确地观察到震荡部分的变化和消逝第1题:方波信号频率过大，会导致其周期过小，从而示波器上显示的曲线半周期内t方向上过窄，不利于观察。而且需要将R调节地很小才能使曲线末端水平，而R的调节是要求在千欧级调节的，故实验的精确度会降低。而方波信号频率过小，会导致其周期过大，同样不利于实验现象的观察和测量。第6题：充电不足不符合半衰期测量法的充电完毕的前提，而充电过快即调节的R过小，而R的调节是要求在千欧级调节的，故这样会使实验精度降低。一、对于电路测量，误差的来源有多方面。首先的，示波器的图像的粗细与清晰状况，直接相关于光标的标定，于是时间的测量有相当的误差。然后，载入示波器后，电路的阻抗变了，响应有变化，会造成一定的实验测量误差。再者，本实验只有一组数据测量，存在偶然误差。另外，观察阻尼振动信号时，后半部的波峰—波谷起伏变小，对测量造成影响。二、关于RLC串联电路中测定Rc的值，我们有采样法与峰值法。试验中，用采样法时，波形在拐点处平缓，观察\突起\应不断地调大与调小“秒/格”按钮。峰值法，波形的变化随着R的增大而变化明显。俩种方法都可以在试验中用一用，实际 检查效果。三、思考题分析。（一）分析方波信号的频率f对观察和测量RLC电路暂态过程的影响？分析： T=1/f 因此f的改变会导致周期的改变，而电容与电感的充放电过程是需要时间的，于是f的改变便影响了电路的充放电过程。当

RC<>T/2时，因充放电时间的不足，使电量未释放完全从而多次充放电后U会逐渐增大。

3、导热系数【Q】讲义中，导热系数的测量式成立的前提条件是什么？【A】 1.环氧盘B的厚度足够小，使得可以近似的认为环氧盘B的侧面没有热量损失； 2.外界条件不变，对实验没有影响；圆盘之间接触紧密且大小相等，保证热量能完全充分地交换； 3.加热盘A,环氧盘B,散热盘C均为理想圆柱； 4.热电偶的插头与加热盘A，环氧盘B紧密接触，能正确的显示其温度 1.发热盘A和散热盘C是用热的良导体做的； 2.样品盘与发热盘和散热盘紧密接触； 3.热传导的方向垂直于样品盘的上下表面； 4.外界环境较稳定。【Q】实验中如何做可使测量更准确些？【A】 1.实验过程中，环氧盘B的侧面的散热没做考虑 solution:增大环氧盘B的半径，减小厚度，使侧面积与表面积之比尽可能低 2.加热盘A,环氧盘B,散热盘C之间存在缝隙，没能紧密接触 solution:实验开始时尽量将他们压紧 3.错误地判定稳态，没到稳态时便开始测定冷却速率 solution:耐心等到温度不再上升，只是在一定范围内波动时再进行下一步实验 4.热电偶的插头未与加热盘A，环氧盘B紧密接触，导致测温不准 solution:实验开始前，尽量确保它们紧密接触 5.实验开始时，所测加热盘A,散热盘C的温度不一致；计算导热系数时没将此误差计算在公式中。 solution:实验开始前将温度差记下，处理数据时记得将其带入

4、组合光学【Q】为什么检流计读数最大值要求100以上？【A】首先，因为第2高峰的数值是第一个的5%，如果第一个小于100，则第二个高峰小于5，数据太小，不便于直观反映图像，而仪器的误差范围是一定的，相对来说，数据小的误差更大。而且我认为，数据太小，在移动架鼓轮时，移动的距离也小一些。可以通过增大单缝的宽度来增大最大值，但是不能超过量程，而且需要保证衍射现象明显。【Q】做牛顿环实验调节条纹时，一部分清晰一部分暗，不能清晰读条纹，是什么原因？怎样调出清晰条纹？【A】可能的原因：可能是因为牛顿环与读数显微镜不平行或不同轴，导致牛顿环只有部分区域在显微镜的聚焦范围内；还有可

能是因为钠光灯位置没调好，导致一部分亮一部分暗。//焦距没有调好？调整办法：首先进行粗调，尽量使牛顿环与读数显微镜同轴等高相互平行，再从读数显微镜中观察进行细调，直至图像清晰。如果仍然亮度不够，可以调节钠光灯的照射角度及其位置，以保证图像的清晰和实验的精确 5、液体表面张力【Q】简要说明毛细管内液面能升高的原因？【A】因为，水能润湿玻璃。即，其“附着力”大于“内聚力”，液体会眼固体表面扩张。表面张力沿切线方向，其大小与周长成正比。即F=T*2pi. 比例常数T 为水的表面张力系数。正是F 沿铅直方向的分力FcosH使管内水面最低点相对管外水面升高。因此，页面会升高。根据相关公式，我们即可进行定量计算~ 【Q】为什么液膜破裂前的一瞬间读出U1 值，而不是将数字电压表显示最大值作为U1？【A】因为，当输出最大值U1时，并非为“临脱状态”，液膜较厚，液膜重量较大。而书中的计算方法要求“忽略液膜重量”，因此，会带来实验误差。经计算比临脱状态测量相对误差大1%~2%[1]. 【Q】若吊环的下沿所在平面与液面不平行，表面张力系数怎么变？【A】使测量值偏小。因为当吊环不水平时，一边的液膜会先破裂，而此时另一侧还未达到“临界状态”。因此测得拉力小于实际值，导致结果偏小。【Q】表面张力与哪些因素有关？实验中应注意哪些因素才能减小误差？【A】减小误差的方法：（一）拖拉法 a、降低平台时，应尽量缓慢。（因为，液面震动会使液面提前破裂。） b、测量前，应将吊环口擦净。（为去除油污） c、不要过于缓慢，以防止液膜蒸发 d、防止外

界环境变化，如较大的空气流动。 e、吊环要水平。（二）毛细管法 a、清洗毛细管 b、调整毛细管高度，在不同高度测量（防止毛细管内径不均匀）。 c、注意要让液体充分湿润内壁。 6、光电效应【Q】何为零电流法？为什么可以用零电流法？【A】 (1) 零电流法测截止电压就是把实测电流为零时，光电管所对应的电压值作为截止电压。 (2) 本实验用零电流法的原因：本实验采用ZKY-GD-3型光电效应实验仪，该仪器采用了新型结构的光电管，使光不能直接照射到阳极，由阴极照射到阳极的光也很少，加上采用新型的阴阳极材料和制造工艺，使得阳极反向电流、光电管暗电流大大降低，由此测定的光电管的伏安特性曲线Us与Us'基本重合，故而可以采用零电流法。零电流法：把实测电流为零时对应的光电管电压值作为截止电压Us. 原因：本实验采用ZKY-GD-3型光电效应实验仪，该实验仪采用了新型结构的光电管。由于其特殊结构使光不能直接照射到阳极，由阴极反射照到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流、光电管暗电流大大降低，由此测定的光电管的伏安特性曲线Us与Us'基本重合。所以可以使用零电流法.

把实测电流为零时对应的光电管电压值作为截止电压US,此种方法称为零电流法.用零电流法测得的截止电压更准确由于其特殊结构使光不能直接照射到阳极，由阴极反射照到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流、光电管暗电流大大降低，由此测定的光电管的伏安特性US和Us、基本重合，误差较小，故可以用零电流法。 7、偏振光实验【Q】获得椭圆偏振光的条件是什么? 【A】光束入射光学各向异性晶体后，因折射率不同分为o光与e光，o光e光出射时有相位差Δφ=2π*d*（no-ne）/λ。倘若Δφ不等于kπ，就可获得椭圆偏振光。实验过程中通常是先设置好正交偏振光路，然后在起偏器与检偏器中插入λ/4波片，转动λ/4波片调整为消光。再转动λ/4波片，只要λ/4波片转动的偏离角度不是90度，180度，270度的话，都能得到椭圆偏振光。当然，偏离角度在30度下观察效果会比较好. 入射光束是线偏振光就好了。实验中让激光透过起偏器就可以获得线偏振光了 o光e光出射时，他们的相位差Δφ=2π*d*（no-ne）/λ。当Δφ不等于kπ时，得到的就是椭圆偏振光（当Ae=Ao时，得到的则是圆偏振光）；当Δφ等于kπ时，得到线偏振光。【Q】在两正交偏振片之间插入四分之一波片，在波片旋转一周的过程中，有几次消光？【A】有四次消光，当光轴与P1偏振片光轴成0度，90度，180度，270度的时候消光，因为其他角度时候为椭圆或圆偏振光，在与P1正交的方向上仍有光强。【Q】圆偏振光经过偏振片后的光强是多少【A】I=A2(cos2θcos2ξ+sin2θsin2ξ),由于为圆偏振光，θ=45。，故I=A2(cos2ξ+sin2ξ)/2,ξ为与P2偏振片通关面的夹角。

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