大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)思考題答案大全

實(shí)驗(yàn)一霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用

【預(yù)習(xí)思考題】

1．列出計(jì)算霍爾系數(shù)、載流子濃度n、電導(dǎo)率σ及遷移率μ的計(jì)算公式，并注明單位。

霍爾系數(shù)，載流子濃度，電導(dǎo)率，遷移率。

2．如已知霍爾樣品的工作電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，如何判斷樣品的導(dǎo)電類型？

以根據(jù)右手螺旋定則，從工作電流旋到磁感應(yīng)強(qiáng)度B確定的方向?yàn)檎?，若測得的霍爾電壓為正，則樣品為P型，反之則為N型。

3．本實(shí)驗(yàn)為什么要用3個(gè)換向開關(guān)？

為了在測量時(shí)消除一些霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)的影響，需要在測量時(shí)改變工作電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，因此就需要2個(gè)換向開關(guān)；除了測量霍爾電壓，還要測量A、C間的電位差，這是兩個(gè)不同的測量位置，又需要1個(gè)換向開關(guān)?？傊还残枰?個(gè)換向開關(guān)。

【分析討論題】

1．若磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面不完全正交，按式（5.2-5）測出的霍爾系數(shù)比實(shí)際值大還是??？要準(zhǔn)確測定值應(yīng)怎樣進(jìn)行？

若磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面不完全正交，則測出的霍爾系數(shù)比實(shí)際值偏小。要想準(zhǔn)確測定，就需要保證磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面完全正交，或者設(shè)法測量出磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面的夾角。

2．若已知霍爾器件的性能參數(shù)，采用霍爾效應(yīng)法測量一個(gè)未知磁場時(shí)，測量誤差有哪些來源？

誤差來源有：測量工作電流的電流表的測量誤差，測量霍爾器件厚度d的長度測量儀器的測量誤差，測量霍爾電壓的電壓表的測量誤差，磁場方向與霍爾器件平面的夾角影響等。

實(shí)驗(yàn)二聲速的測量

【預(yù)習(xí)思考題】

1.如何調(diào)節(jié)和判斷測量系統(tǒng)是否處于共振狀態(tài)？為什么要在系統(tǒng)處于共振的條件下進(jìn)行聲速測定？

答：緩慢調(diào)節(jié)聲速測試儀信號(hào)源面板上的“信號(hào)頻率”旋鈕，使交流毫伏表指針指示達(dá)到最大（或晶體管電壓表的示值達(dá)到最大），此時(shí)系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，顯示共振發(fā)生的信號(hào)指示燈亮，信號(hào)源面板上頻率顯示窗口顯示共振頻率。在進(jìn)行聲速測定時(shí)需要測定駐波波節(jié)的位置，當(dāng)發(fā)射換能器S1處于共振狀態(tài)時(shí)，發(fā)射的超聲波能量最大。若在這樣一個(gè)最佳狀態(tài)移動(dòng)S1至每一個(gè)波節(jié)處，媒質(zhì)壓縮形變最大，則產(chǎn)生的聲壓最大，接收換能器S2接收到的聲壓為最大，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，晶體管電壓表會(huì)顯示出最大值。由數(shù)顯表頭讀出每一個(gè)電壓最大值時(shí)的位置，即對應(yīng)的波節(jié)位置。因此在系統(tǒng)處于共振的條件下進(jìn)行聲速測定，可以容易和準(zhǔn)確地測定波節(jié)的位置，提高測量的準(zhǔn)確度。

2.壓電陶瓷超聲換能器是怎樣實(shí)現(xiàn)機(jī)械信號(hào)和電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換的？

答：壓電陶瓷超聲換能器的重要組成部分是壓電陶瓷環(huán)。壓電陶瓷環(huán)由多晶結(jié)構(gòu)的壓電材料制成。這種材料在受到機(jī)械應(yīng)力，發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，會(huì)發(fā)生極化，同時(shí)在極化方向產(chǎn)生電場，這種特性稱為壓電效應(yīng)。反之，如果在壓電材料上加交變電場，材料會(huì)發(fā)生機(jī)械形變，這被稱為逆壓電效應(yīng)。聲速測量儀中換能器S1作為聲波的發(fā)射器是利用了壓電材料的逆壓電效應(yīng)，壓電陶瓷環(huán)片在交變電壓作用下，發(fā)生縱向機(jī)械振動(dòng)，在空氣中激發(fā)超聲波，把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成了聲信號(hào)。換能器S2作為聲波的接收器是利用了壓電材料的壓電效應(yīng)，空氣的振動(dòng)使壓電陶瓷環(huán)片發(fā)生機(jī)械形變，從而產(chǎn)生電場，把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)。

【分析討論題】

1.為什么接收器位于波節(jié)處，晶體管電壓表顯示的電壓值是最大值？

答：兩超聲換能器間的合成波可近似看成是駐波。其駐波方程為

A（x）為合成后各點(diǎn)的振幅。當(dāng)聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，媒質(zhì)中的壓強(qiáng)也隨著時(shí)間和位置發(fā)生變化，所以也常用聲壓P描述駐波。聲波為疏密波，有聲波傳播的媒質(zhì)在壓縮或膨脹時(shí)，來不及和外界交換熱量，可近似看作是絕熱過程。氣體做絕熱膨脹，則壓強(qiáng)減??；做絕熱壓縮，則壓強(qiáng)增大。媒質(zhì)體元的位移最大處為波腹，此處可看作既未壓縮也未膨脹，則聲壓為零，媒質(zhì)體元位移為零處為波節(jié)，此處壓縮形變最大，則聲壓最大。由此可知，聲波在媒質(zhì)中傳播形成駐波時(shí)，聲壓和位移的相位差為。令P（x）為駐波的聲壓振幅，駐波的聲壓表達(dá)式為

波節(jié)處聲壓最大，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)電壓最大。所以接收器位于波節(jié)處，晶體管電壓表顯示的電壓值是最大值。

2.用逐差法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是什么？

答：逐差法是物理實(shí)驗(yàn)中處理數(shù)據(jù)的一種常用方法，是對等間隔變化的被測物理量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行逐項(xiàng)或隔項(xiàng)相減，來獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法。逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理有很多優(yōu)點(diǎn)，可以驗(yàn)證函數(shù)的表達(dá)形式，也可以充分利用所測數(shù)據(jù)，具有對數(shù)據(jù)取平均的效果，起到減小隨機(jī)誤差的作用。本實(shí)驗(yàn)用隔項(xiàng)逐差法處理數(shù)據(jù)，減小了測量的隨機(jī)誤差。

實(shí)驗(yàn)三衍射光柵

【預(yù)習(xí)思考題】

1.如何調(diào)整分光計(jì)到待測狀態(tài)?

答：（1）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡適合接收平行光，且其光軸垂直于儀器中心軸；

（2）平行光管能發(fā)出平行光，且其光軸垂直于儀器中心軸；

（3）載物臺(tái)的臺(tái)面垂直于儀器中心軸。

2.調(diào)節(jié)光柵平面與入射光垂直時(shí)，為什么只調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘b、c，而當(dāng)各級(jí)譜線左右兩側(cè)不等高時(shí)，又只能調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘a？

答：調(diào)節(jié)光柵平面與入射光垂直時(shí)，光柵放在載物臺(tái)調(diào)平螺釘b、c的垂直平分線上，望遠(yuǎn)鏡和平行光管已調(diào)好，調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘a不能改變光柵面與入射光的夾角，只能調(diào)節(jié)螺釘b或c使光柵面反射回來的“+”字像與分劃板上“”形叉絲的上十字重合，此時(shí)光柵平面與入射光垂直。

當(dāng)各級(jí)譜線左右兩側(cè)不等高時(shí)，說明光柵刻線與載物臺(tái)平面不垂直，調(diào)節(jié)b、c破壞入射光垂直光柵面，只調(diào)節(jié)a即可使各級(jí)譜線左右兩側(cè)等高。

【分析討論題】

1.利用本實(shí)驗(yàn)的裝置如何測定光柵常數(shù)？

答：與實(shí)驗(yàn)步驟一樣，調(diào)出光譜線，已知綠光波長m，測量一級(jí)（）綠光衍射角，根據(jù)光柵方程，可計(jì)算出光柵常數(shù)d。

2.三棱鏡的分辨本領(lǐng),b是三棱鏡底邊邊長，一般三棱鏡約為1000cm-1。問邊長多長的三棱鏡才能和本實(shí)驗(yàn)用的光柵具有相同的分辨率？

解：已知：實(shí)驗(yàn)測得=27000，cm-1求b。

由得b=(cm)

答：略。

實(shí)驗(yàn)四多用電表的設(shè)計(jì)與制作

【分析討論題】

1．校準(zhǔn)電表時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)改裝表的讀數(shù)相對于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)都偏高或偏低，即總向一個(gè)方向偏，試問這是什么原因造成的？欲使有正有負(fù)（合理偏向）應(yīng)采取什么措施？測量振幅時(shí)，直接測量位移與電壓的關(guān)系。要求先根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出U~x關(guān)系曲線，標(biāo)出線性區(qū)，求出線性度和靈敏度。稱重時(shí)測量電壓與位移的關(guān)系，再換算成電壓與重量的關(guān)系。振動(dòng)臺(tái)作為稱重平臺(tái)，逐步放上砝碼，依次記下表頭讀數(shù)，并做出U~W曲線。在平臺(tái)上另放置一未知重量之物品，根據(jù)表頭讀數(shù)從U~W曲線中求得其重量。

2．描述并解釋實(shí)驗(yàn)內(nèi)容２的示波器上觀察到的波形。

交流激勵(lì)作用下其輸出～輸入特性與直流激勵(lì)特性有較大的不同，靈敏度和線性區(qū)域都發(fā)生了變化。示波器上的波形在振幅不太大時(shí)為一正弦波。若振幅太大，超出了其線性范圍，則波形會(huì)發(fā)生畸變。

試驗(yàn)八鐵磁材料磁滯回線的測繪

【預(yù)習(xí)思考題】

1.測繪磁滯回線和磁化曲線前為何先要退磁？如何退磁？

答：由于鐵磁材料磁化過程的不可逆性即具有剩磁的特點(diǎn)，在測定磁化曲線和磁滯回線時(shí)，首先必須對鐵磁材料預(yù)先進(jìn)行退磁，以保證外加磁場H=0時(shí)B=0。退磁的方法，從理論上分析，要消除剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br，只需要通以反向電流，使外加磁場正好等于鐵磁材料的矯頑力即可，但實(shí)際上矯頑力的大小通常并不知道，則無法確定退磁電流的大小。常采用的退磁方法是首先給要退磁的材料加上一個(gè)大于（至少等于）原磁化場的交變磁場（本實(shí)驗(yàn)中順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)“U選擇”旋鈕，令U從0依次增至3V），鐵磁材料的磁化過程是一簇逐漸擴(kuò)大的磁滯回線。然后逐漸減小外加磁場，（本實(shí)驗(yàn)中逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，將U從最大值依次降為0），則會(huì)出現(xiàn)一簇逐漸減小而最終趨向原點(diǎn)的磁滯回線。當(dāng)外加磁場H減小到零時(shí)，鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B亦同時(shí)降為零，即達(dá)到完全退磁。

2.如何判斷鐵磁材料屬于軟、硬磁性材料？

答：軟磁材料的特點(diǎn)是：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，磁滯損耗小，磁滯回線呈長條狀；硬磁材料的特點(diǎn)是：剩磁大，矯頑力也大，磁滯特性顯著，磁滯回線包圍的面積肥大。

【分析討論題】

1.本實(shí)驗(yàn)通過什么方法獲得H和B兩個(gè)磁學(xué)量？簡述其基本原理。

答：本實(shí)驗(yàn)采用非電量電測技術(shù)的參量轉(zhuǎn)換測量法，將不易測量的磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為易于測量的電學(xué)量進(jìn)行測定。按測試儀上所給的電路圖連接線路，將電壓UH和UB分別加到示波器的“x輸入”和“y輸入”，便可觀察到樣品的磁滯回線，同時(shí)利用示波器測繪出基本磁化曲線和磁滯回線上某些點(diǎn)的UH和UB值。根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強(qiáng)為

(L為樣品的平均磁路)

根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律，樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時(shí)值

由以上兩個(gè)公式可將測定的UH和UB值轉(zhuǎn)換成H和B值，并作出H~B曲線。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

2.鐵磁材料的磁化過程是可逆過程還是不可逆過程？用磁滯回線來解釋。

答：鐵磁材料的磁化過程是不可逆過程。鐵磁材料在外加磁場中被磁化時(shí)，外加磁場強(qiáng)度H與鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是非線性關(guān)系。當(dāng)磁場H從零開始增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨之以曲線上升，當(dāng)H增加到Hm時(shí)，B幾乎不再增加，達(dá)到飽和值Bm，從O到達(dá)飽和狀態(tài)這段B-H曲線，稱為起始磁化曲線。當(dāng)外加磁場強(qiáng)度H從Hm減小時(shí)，鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B也隨之減小，但不沿原曲線返回，而是沿另一曲線下降。當(dāng)H下降為零時(shí)，B不為零，仍保留一定的剩磁Br，使磁場反向增加到-Hc時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B下降為零。繼續(xù)增加反向磁場到-Hm，后逐漸減小反向磁場直至為零，再加上正向磁場直至Hm，則得到一條閉合曲線，稱為磁滯回線。從鐵磁材料的起始磁化曲線和磁滯回線可以看到，外加磁場強(qiáng)度H從Hm減小到零時(shí)的退磁曲線與磁場H從零開始增加到Hm時(shí)的起始磁化曲線不重合，說明退磁過程不能重復(fù)起始磁化過程的每一狀態(tài)，所以鐵磁材料的磁化過程是不可逆過程。

實(shí)驗(yàn)九用動(dòng)態(tài)法測定金屬棒的楊氏模量

【預(yù)習(xí)思考題】

1．試樣固有頻率和共振頻率有何不同，有何關(guān)系?

固有頻率只由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定。和共振頻率是兩個(gè)不同的概念，它們之間的關(guān)系為：

式中Q為試樣的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。一般懸掛法測楊氏模量時(shí)，Q值的最小值約為50，所以共振頻率和固有頻率相比只偏低0.005%，故實(shí)驗(yàn)中都是用f共代替f固，

2．如何盡快找到試樣基頻共振頻率?

測試前根據(jù)試樣的材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量，通過（5.7-3）式估算出共振頻率的數(shù)值，在上述頻率附近尋找。

【分析討論題】

1．測量時(shí)為何要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點(diǎn)附近？

理論推導(dǎo)時(shí)要求試樣做自由振動(dòng)，應(yīng)把線吊扎在試樣的節(jié)點(diǎn)上，但這樣做就不能激發(fā)試樣振動(dòng)。因此，實(shí)際吊扎位置都要偏離節(jié)點(diǎn)。偏離節(jié)點(diǎn)越大，引入的誤差就越大。故要將懸線吊扎在試樣的節(jié)點(diǎn)附近。

2．如何判斷銅棒發(fā)生了共振?

可根據(jù)以下幾條進(jìn)行判斷：

（1）換能器或懸絲發(fā)生共振時(shí)可通過對上述部件施加負(fù)荷(例如