大学物理实验教程预习思考题，分析讨论题答案

大学物理实验教程预习思考题,分析讨论题答案

大学物理实验第一季

1．用电流场模拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？

用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要使他们满足形式相同的边界条件，则两者必定有相同的场结构。模拟的条件是：稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同；稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足σ极>>σ介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。 2．等势线和电场线之间有何关系？ 等势线和电场线处处相互垂直。

3．在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的？此处的电场线和等势线与边界有什么关系？它们对被测绘的电场有什么影响？

在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边界。这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间中的分布特性。 【分析讨论题】

1．如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否发生变化？为什么？

如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分布更为密集。因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，相应的电场强度就会增加。 2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？

测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：电极形状偏离圆形，导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。

3．从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的等势线半径和理论值相比是偏大还是偏小？有哪些可能的原因导致这样的结果？

⑴偏大，可能原因有电极直径测量偏大，外环电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏大等；⑵偏小，可能原因有电极直径测量偏小，中心电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏小等。 ３.分光计【预习思考题】

1. 分光计由哪几部分组成，各部分的作用是什么？

答：分光计由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分组成。 （1）平行光管用来提供平行入射光。 (2) 望远镜用来观察和确定光束的行进方向。 (3) 载物台用来放置光学元件。

(4) 读数装置用来测量望远镜转动的角度。

2. 调节望远镜光轴垂直于仪器中心轴的标志是什么？

答：通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合。

3. “+”字像、狭缝像不清晰分别如何调整？

答：（1）“+”字像不清晰说明分划板没有位于物镜的焦平面上，应松开目镜紧锁螺钉，前后伸缩叉丝分划板套筒，使“+”字像清晰并做到当眼睛左右移动时，“+”字像与叉丝分划板无相对移动，然后锁紧目镜紧锁螺钉。

（2）狭缝像不清晰说明狭缝没有位于平行光管准直透镜的焦平面上，应松开狭缝紧锁螺钉，前后伸缩狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中清晰地看到边缘锐利的狭缝像时，然后锁紧狭缝紧锁螺钉。 【分析讨论题】

1. 当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于“ ”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？ 当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？应怎样调节？

答：（1）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于“ ”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明载物台没调好，望远镜已水平。应调载物台下调平螺钉b或c，使双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合。

（2）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜不水平，双面镜镜面法线已水平。应调节望远镜倾角螺钉，使双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合。 2. 如何用反射法（一束平行光由三棱镜的顶角入射，在两光学面上分成两束平行光）测三棱镜的顶角？

解：如图所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱镜顶角上，分别射向三棱镜的两个光学面AB和AC，并分别被反射。由反射 反射法光路图

定律和几何关系可证明反射光线1、2的夹角 与棱镜顶角 关系为 先使望远镜接收光线1，记下两个角游标的读数 和 ，然后，再转动望远镜使望远镜接收光线2，记下两个角标读数 和 ，两次读数相减即得 ４. 灵敏电流计特性研究 【预习思考题】

1. 叙述电流常数的物理意义。为什么使用灵敏电流计作定量测量时需测定电流常数？

答：灵敏电流计的电流常数（分度值），是由灵敏电流计本身结构决定的一个常数，表示“光指针”每偏转单位长度（此处为一个最小分度）所需的电流，单位是A/div.

因为测定出电流常数才能知道最小分度代表多少电流，这样可以根据指针偏转的格数确定电流值。

2. 本实验采用两次分压电路（参见图5.1-6）的目的是什么？

答：由于灵敏电流计只能通过极小电流，因此，实验电路采用两次分压电路以获得灵敏电流计允许的低电压。

3. 灵敏电流计与普通电流计的构造有何不同？说明其灵敏度高的原因。 答：电流常数的倒数称为灵敏电流计的电流灵敏度

为了提高灵敏电流计的灵敏度，灵敏电流计与普通电流计的构造不同，其读数系统采用多次反射光学系统（即在光路中增加反射镜），这相当于增大了式中的 值，而且结构也不因此而庞大。

【分析讨论题】

1. 推证“半偏法”测内阻的原理。

答：参见图5.1-6，当R2 =0， “光指针”偏转格数为d0, 即 当R2=R2′，“光指针”偏转格数为d0/2（半偏），此时 所以， ，Rg=R2′

2. 说明力矩M磁、M弹、M阻产生的原因以及它们对线圈的作用。 答：线圈的竖直两边所在处磁场的磁感应强度大小相等、方向始终在线圈本身的平面内，从而它们受到的安培力大小相等、方向始终与线圈平面垂直，这一对力产生的磁力矩即为 。线圈偏转使得悬丝发生扭转而产生反方向的弹性恢复力矩 。M磁和M弹决定了线圈最后到达的平衡位置。线圈在转动时，还要受到电磁阻尼力矩 的作用，电磁阻尼力矩的大小决定线圈的运动特性。

3. 阻尼开关的作用是什么？简述其工作原理。

答：阻尼开关的作用是使线圈处于欠阻尼状态下在“0”点附近振动时，当“光指针”经过零点时按下此开关，光标就会停在零点，这就大大方便了我们的调节。 其工作原理主要是利用过阻尼状态，即当R外较小（P较大）时，电磁阻尼力矩M阻较大，此时线圈将缓慢地趋向平衡位置。 4. 试分析本实验的主要误差来源，。

答：造成实验误差的原因有以下几处。(1) 电流计中Ig 与光斑移动距离x不成正比；2) 电流计灵敏阈过大, 造成指示不灵敏(当电阻箱数值变化ΔR2 不够大时, 观察不到电流计的电流变化ΔI。因为由ΔR2 引起的偏转格数变化Δd , 一定要大于0.1 格, 否则人眼很难分辨出d 是否有变化)；(3) 可变电阻R2 不准；(4) 电源电压不稳；(5) 伏特表读数不准。 ５. 用惠斯通电桥测电阻的温度系数

【预习思考题】

1. 电桥的平衡与工作电流I的大小有关吗？为什么？

答：电桥的平衡与工作电流I的大小无关。电桥接通后，一般在桥路上应有电流流过，检流计的指针会发生偏转。适当调节R1、R2、Rs的值，使检流计中的电流Ig等于零，指针应指在零位，这时电桥达到了平衡。电桥达到平衡后应满足： I1=I2 Ix=Is UAB=UAD UBC=UDC 即 则 ——电桥的平衡条件

由电桥的平衡条件可知，电桥的平衡与工作电流I的大小无关。

2. 在调节比较臂电阻Rs使电桥平衡的过程中，若电流计相邻两次偏转方向相同或相反，各说明什么问题？下一步应该怎样调节Rs，才能尽快使电桥平衡？ 答：电桥面板右上方为依次相差10倍的四个读数盘，联合使用，共同表示比较臂电阻Rs的值。在调节比较臂电阻Rs，使电桥平衡的过程中，若电流计相邻两次偏转方向相同，且指针的摆幅减小或摆速减慢，说明该读数盘调整的方向正确，下一步应继续沿这个方向调整该盘；若电流计相邻两次偏转方向相反，说明该读

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