大学物理实验教程第四版思考题答案

习题6

6-1．设固有长度l0?2.50m的汽车，以v?30.0m/s的速度沿直线行驶，问站在路旁的观察者按相对论计算该汽车长度缩短了多少？

222解：l?l01?(uc) ，由泰勒展开，知1?x?1?12x?? 22u∴1?(1u21u2?1.25?10?14m。 ，?l?l0?l?l0?2)?1?22c2c2c

86-2．在参考系S中，一粒子沿直线运动，从坐标原点运动到了x?1.5?10m处，经历时间为?t?1.00s，试计算该过程对应的固有时。

解：以粒子为S?系，u??x/?t?0.5c

22利用?t???t1?(uc)有：

1.5?1082 ?t??1?()?0.866s。

3?108

6-3．从加速器中以速度v?0.8c飞出的离子在它的运动方向上又发射出光子。求这光子相对于加速器的速度。 解：设加速器为S系，离子为S?系，利用：vx?则：vx?

6-4 1000m的高空大气层中产生了一个π介子，以速度v?0.8c飞向地球,假定该π介子在其自身的静止参照系中的寿命等于其平均寿命2.4×10s，试分别从下面两个角度，即地面上观测者相对π介子静止系中的观测者来判断该π介子能否到达地球表面。 解：（1）地面上的观察者认为时间膨胀： 有

1、质量、重量、密度、容重的定义，密度和容重间存在着什么关系？各物理量的量纲量

测单位是什么？

质量——惯性：物体中所含物质的多少

量纲：[M]

单位：kg/m3

重量——万有引力：地球对物体的引力，称重力或重量

量纲：[MLT-2]

单位：kg?m/m2

2、什么叫做粘滞性？粘滞性对液体运动起什么作用？

当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。此内摩擦力称粘滞力。

内摩擦力的作用是抵抗液体内部的相对运动，从而影响着液体的运动状况，由于粘滞性的存在，液体在运动过程中因克服内摩擦力而做功，故液体的粘滞性也是液体中发生机械能量损失的根源。

3、固体之间的摩擦力与液体之间的摩擦力有何原则上的区别？何谓牛顿内摩擦定律，

该定律是否适用于任何液体？

固体之间的摩擦力仅发生在液体与固体边界的接触处，而液体之间的摩擦力发生在液体与固体边界的接触处和液体内部。

内摩擦定律：

①作层流运动的液体，相邻液层中单位面积上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与流速梯度成正比，与液体性质有关：；

②作层流运动的液体，相邻液层中所产生的切应力，与剪切变形速度成正比。。

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实验一霍尔效应及其应用

【预习思考题】

1．列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式，并注明单位。 霍尔系数，载流子浓度，电导率，迁移率。

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。

【分析讨论题】

1．若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，按式（5.2-5）测出的霍尔系数比实际值大还是小？要准确测定值应怎样进行？

若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定，就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。

2．若已知霍尔器件的性能参数，采用霍尔效应法测量一个未知磁场时，测量误差有哪些来源？

误差来源有：测量工作电流的电流表

“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

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实验一霍尔效应及其应用

【预习思考题】

1．列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式，并注明单位。 霍尔系数，载流子浓度，电导率，迁移率。

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。

【分析讨论题】

1．若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，按式（5.2-5）测出的霍尔系数比实际值大还是小？要准确测定值应怎样进行？

若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定，就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。

2．若已知霍尔器件的性能参数，采用霍尔效应法测量一个未知磁场时，测量误差有哪些来源？

误差来源有：测量工作电流的电流表

4-1 根据传热机理的不同，有哪三种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？

答：根据传热机理的不同，热的传递有三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。 热传导（简称导热）：热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程。在固体、液体和气体中都可以发生。 对流传热：由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有流体流动的场合。 热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。

4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？ 答：一般固体>液体>气体

4-13 答：一是液体的温度要达到沸点,二是需要从外部吸热。

4-20 答：能透过全部辐射能的物体，称为透热体；能全部反射辐射能的物体，称为白体；能全部吸收辐射能的物体，称为黑体或绝对黑体；能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体，称为灰体。

4-21 答：在同一温度下，实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比，定义为灰体的黑度。 影响固体表面黑度的主要因素有：物体的性质、温度及表面情况（如表面粗糙度及氧化程度）。 4-29

答：根据公式可以采取如下措施：

提过对流换热系数，尤其是提高较小一层的对流换热

题3.1：质量为m的物体，由水平面上点O以初速为v0抛出，v0与水平面成仰角?。若不计空气阻力，求：（1）物体从发射点O到最高点的过程中，重力的冲量；（2）物体从发射点到落回至同一水平面的过程中，重力的冲量。

题3.1分析：重力是恒力，因此，求其在一段时间内的冲量时，只需求出时间间隔即可。由抛体运动规律可知，物体到达最高点的时间?t1?v0sin?g，物体从出发到落回至同一水平面

所需的时间是到达最高点时间的两倍。这样，按冲量的定义即可求出结果。 另一种解的方法是根据过程的始、末动量，由动量定理求出。 解1：物体从出发到达最高点所需的时间为

?t1?v0sin?g

则物体落回地面的时间为

?t2?2?t1?2v0sin?g

于是，在相应的过程中重力的冲量分别为

I1?I2??Fdt??mg?t?t1?t21j??mv0sin?j

?Fdt??mg?t2j??2mv0sin?j解2：根据动量定理，物体由发射点O运动到A、B的过程中，重力的冲量分别为

I1?mvAyj?mv0yj??mv0sin?j

I2?mvByj?mv0yj??2mv0sin?j

题3.2：高空作业时系安全带是必要的，假如质量为51.0kg的人不慎从高空掉下来，由于安全带的保

习 题

题10.1：如图所示，两根长直导线互相平行地放置，导线内电流大小相等，均为I = 10 A，方向

相同，如图所示，求图中M、N两点的磁感强度B的大小和方向（图中r0 = 0.020 m）。

题10.2：已知地球北极地磁场磁感强度B的大小为6.0?10?5 T。如设想此地磁场是由地球赤道上

一圆电流所激发的（如图所示），此电流有多大？流向如何？

题10.3：如图所示，载流导线在平面内分布，电流为I，它在点O的磁感强度为多少？

题10.4：如图所示，半径为R的木球上绕有密集的细导线，线圈平面彼此平行，且以单层线圈

覆盖住半个球面，设线圈的总匝数为N，通过线圈的电流为I，求球心O处的磁感强度。

题10.5：实验中常用所谓的亥姆霍兹线圈在局

部区域内获得一近似均匀的磁场，其装置简图如图所示，一对完全相同、彼此平行的线圈，它们的半径均为R，通过的电流均为I，且两线圈中电流的流向相同，试证：当两线圈中心之间的距离d等于线圈的半径R时，在两线圈中心连线的中点附近区域，磁场可看成是均匀磁场。（提示：如以两线圈中心为坐标原点O，两线圈中心连线为x轴，则中点附近的磁场可

dBd2B看成是均匀磁场的条件为 = 0；2?0）

dxdx

1

题10.6：如图所示，载流

题4.1：一汽车发动机曲轴的转速在12s内由1.2?103r?min?1均匀的增加到2.7?103r?min?1。（1）求曲轴转动的角加速度；（2）在此时间内，曲轴转了多少转？

题4.1解：（1）由于角速度???2?n（n为单位时间内的转数），根据角加速度的定义??在匀变速转动中角加速度为

2??n?n0??13.1rad?s?2

td?，dt?????0t12?（2）发动机曲轴转过的角度为

???0t??t2????02t???n?n0?t

在12 s内曲轴转过的圈数为 N??n?n0?t?390圈 2?2?t题4.2：某种电动机启动后转速随时间变化的关系为???0(1?e?)，式中?0?9.0rad?s?1，（1）t?6.0s时的转速；（2）角加速度随时间变化的规律；（3）启动后6.0s内??2.0s。求：

转过的圈数。 题4.2解：（1）根据题意中转速随时间的变化关系，将t ? 6.0 s代入，即得

t??????0??1?e????0.95?0?8.6s?1 ??（2）角加速度随时间变化的规律为

?d??0?????e?4.5e2s?2

dt?tt（3）t = 6.0 s时转过的角度为 ????dt??06s6s0t????0??1?e

题4.1：一汽车发动机曲轴的转速在12s内由1.2?103r?min?1均匀的增加到2.7?103r?min?1。（1）求曲轴转动的角加速度；（2）在此时间内，曲轴转了多少转？

题4.1解：（1）由于角速度???2?n（n为单位时间内的转数），根据角加速度的定义??在匀变速转动中角加速度为

2??n?n0??13.1rad?s?2

td?，dt?????0t12?（2）发动机曲轴转过的角度为

???0t??t2????02t???n?n0?t

在12 s内曲轴转过的圈数为 N??n?n0?t?390圈 2?2?t题4.2：某种电动机启动后转速随时间变化的关系为???0(1?e?)，式中?0?9.0rad?s?1，（1）t?6.0s时的转速；（2）角加速度随时间变化的规律；（3）启动后6.0s内??2.0s。求：

转过的圈数。 题4.2解：（1）根据题意中转速随时间的变化关系，将t ? 6.0 s代入，即得

t??????0??1?e????0.95?0?8.6s?1 ??（2）角加速度随时间变化的规律为

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