大學物理實驗報告全解

預習思考題】1．用電流場模擬靜電場的理論依據(jù)是什么？模擬的條件是什么？用電流場模擬靜電場的理論依據(jù)是：對穩(wěn)恒場而言，微分方程及邊界條件唯一地決定了場的結構或分布，若兩種場滿足相同的微分方程及邊界條件，則它們的結構也必然相同，靜電場與模擬區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)恒電流場具有形式相同的微分方程，只要使他們滿足形式相同的邊界條件，則兩者必定有相同的場結構。模擬的條件是：穩(wěn)恒電流場中的電極形狀應與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；穩(wěn)恒電流場中的導電介質(zhì)是不良導體且電導率分布均勻，并滿足σ極>>σ介以保證電流場中的電極（良導體）的表面也近似是一個等勢面；模擬所用電極系統(tǒng)與被模擬電極系統(tǒng)的邊界條件相同。2．等勢線和電場線之間有何關系？等勢線和電場線處處相互垂直。3．在測繪電場時，導電微晶邊界處的電流是如何流動的？此處的電場線和等勢線與邊界有什么關系？它們對被測繪的電場有什么影響？在測繪電場時，導電微晶邊界處的電流為0。此處的電場線垂直于邊界，而等勢線平行于邊界。這導致被測繪的電場在近邊界處受邊界形狀影響產(chǎn)生變形，不能表現(xiàn)出電場在無限空間中的分布特性?！痉治鲇懻擃}】1．如果電源電壓增大一倍，等勢線和電場線的形狀是否發(fā)生變化？電場強度和電勢分布是否發(fā)生變化？為什么？如果電源電壓增大一倍，等勢線和電場線的形狀沒有發(fā)生變化，但電場強度增強，電勢的分布更為密集。因為邊界條件和導電介質(zhì)都沒有變化，所以電場的空間分布形狀就不會變化，等勢線和電場線的形狀也就不會發(fā)生變化，但兩電極間的電勢差增大，等勢線的分布就更為密集，相應的電場強度就會增加。2．在測繪長直同軸圓柱面的電場時，什么因素會使等勢線偏離圓形？測繪長直同軸圓柱面的電場時測到的等勢線偏離圓形，可能的原因有：電極形狀偏離圓形，導電介質(zhì)分布不均勻，測量時的偶然誤差等等。3．從對長直同軸圓柱面的等勢線的定量分析看，測得的等勢線半徑和理論值相比是偏大還是偏?。坑心男┛赡艿脑?qū)е逻@樣的結果？⑴偏大，可能原因有電極直徑測量偏大，外環(huán)電極表面有氧化層產(chǎn)生附加電阻，電壓標示器件顯示偏大等；⑵偏小，可能原因有電極直徑測量偏小，中心電極表面有氧化層產(chǎn)生附加電阻，電壓標示器件顯示偏小等。３.分光計【預習思考題】1.分光計由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？答：分光計由平行光管、望遠鏡、載物臺和讀數(shù)裝置四部分組成。（1）平行光管用來提供平行入射光。(2)望遠鏡用來觀察和確定光束的行進方向。(3)載物臺用來放置光學元件。(4)讀數(shù)裝置用來測量望遠鏡轉動的角度。2.調(diào)節(jié)望遠鏡光軸垂直于儀器中心軸的標志是什么？答：通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像都與分劃板上“”形叉絲的上十字重合。3.“+”字像、狹縫像不清晰分別如何調(diào)整？答：（1）“+”字像不清晰說明分劃板沒有位于物鏡的焦平面上，應松開目鏡緊鎖螺釘，前后伸縮叉絲分劃板套筒，使“+”字像清晰并做到當眼睛左右移動時，“+”字像與叉絲分劃板無相對移動，然后鎖緊目鏡緊鎖螺釘。（2）狹縫像不清晰說明狹縫沒有位于平行光管準直透鏡的焦平面上，應松開狹縫緊鎖螺釘，前后伸縮狹縫套筒，當在已調(diào)焦無窮遠的望遠鏡目鏡中清晰地看到邊緣銳利的狹縫像時，然后鎖緊狹縫緊鎖螺釘。【分析討論題】1.當通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像處于“”形叉絲的上十字上下對稱位置時，說明望遠鏡和載物臺哪部分沒調(diào)好？當通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像處于叉絲分劃板同一水平位置時，說明望遠鏡和載物臺哪部分沒調(diào)好？應怎樣調(diào)節(jié)？答：（1）當通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像處于“”形叉絲的上十字上下對稱位置時，說明載物臺沒調(diào)好，望遠鏡已水平。應調(diào)載物臺下調(diào)平螺釘b或c，使雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像都與分劃板上“”形叉絲的上十字重合。（2）當通過目鏡觀察到雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像處于叉絲分劃板同一水平位置時，說明望遠鏡不水平，雙面鏡鏡面法線已水平。應調(diào)節(jié)望遠鏡傾角螺釘，使雙面鏡正反兩面反射回來的“+”字像都與分劃板上“”形叉絲的上十字重合。2.如何用反射法（一束平行光由三棱鏡的頂角入射，在兩光學面上分成兩束平行光）測三棱鏡的頂角？解：如圖所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱鏡頂角上，分別射向三棱鏡的兩個光學面AB和AC，并分別被反射。由反射反射法光路圖定律和幾何關系可證明反射光線1、2的夾角與棱鏡頂角關系為先使望遠鏡接收光線1，記下兩個角游標的讀數(shù)和，然后，再轉動望遠鏡使望遠鏡接收光線2，記下兩個角標讀數(shù)和，兩次讀數(shù)相減即得４.靈敏電流計特性研究【預習思考題】1.敘述電流常數(shù)的物理意義。為什么使用靈敏電流計作定量測量時需測定電流常數(shù)？答：靈敏電流計的電流常數(shù)（分度值），是由靈敏電流計本身結構決定的一個常數(shù)，表示“光指針”每偏轉單位長度（此處為一個最小分度）所需的電流，單位是A/div.因為測定出電流常數(shù)才能知道最小分度代表多少電流，這樣可以根據(jù)指針偏轉的格數(shù)確定電流值。2.本實驗采用兩次分壓電路（參見圖5.1-6）的目的是什么？答：由于靈敏電流計只能通過極小電流，因此，實驗電路采用兩次分壓電路以獲得靈敏電流計允許的低電壓。3.靈敏電流計與普通電流計的構造有何不同？說明其靈敏度高的原因。答：電流常數(shù)的倒數(shù)稱為靈敏電流計的電流靈敏度為了提高靈敏電流計的靈敏度，靈敏電流計與普通電流計的構造不同，其讀數(shù)系統(tǒng)采用多次反射光學系統(tǒng)（即在光路中增加反射鏡），這相當于增大了式中的值，而且結構也不因此而龐大?！痉治鲇懻擃}】1.推證“半偏法”測內(nèi)阻的原理。答：參見圖5.1-6，當R2=0，“光指針”偏轉格數(shù)為d0,即2．什么是遏止電勢差Uc？影響遏止電勢差確定的主要因素有哪些？在實驗中如何較精確地確定遏止電勢差？答：在陰極光電效應中，當光電管兩端加上反向電壓時,陰極光電流迅速減小,但直到反電壓達到某個Uc時陰極光電流才為零,Uc稱為陰極光電流遏止電勢差。影響陰極光電流遏止電勢差確定的主要因素有二：1.當光照射到陰極時，必然有部分光漫反射至陽極，至使陽極產(chǎn)生光電效應并發(fā)射光電子，這些光電子很易到達陽極而形成陽極光電流；2.當光電管無任何光照時，在外加電壓作用下仍會有微弱電流流過，我們稱之為光電管的暗電流。在實驗中較精確地確定陰極光電流遏止電勢差的方法是：拐點法3．如何由光電效應測出普朗克常量h？答：由實驗得到遏止電勢差Uc和照射光的頻率的直線關系，由直線斜率可求出h【分析討論題】1．根據(jù)遏止電勢差Uc與入射光頻率的關系曲線，請大致確定陰極材料逸出功與陽極材料逸出功之間的差值？答：2．在用光電效應測定普朗克常量的實驗中有哪些誤差來源？在實驗中是如何減小誤差的？你有何建議？答：在用光電效應測定普朗克常量的實驗中的誤差來源主要來自單色光不夠嚴格以及陰極光電流的遏止電勢差的確定，而影響陰極光電流遏止電勢差確定的主要因素有光電管的陽極光電流和光電流的暗電流。在實驗中主要通過分析陽極光電流和暗電流的特點(陽極光電流在反向區(qū)域幾乎呈飽和狀態(tài),而暗電流很小,且電流隨電壓線性變化，它們均對陰極光電流在Uc顯著拐彎的性質(zhì)無影響)，在實驗中通過對實際光電流測定,找到曲線拐點的方法來精確地求得Uc的。單色光的獲得盡可能用精度較高的單色儀獲得,而不用濾色(片)的方法獲得；此外應盡量減小反射到陽極的散射光，適當提高光電管的真空度以及二電極之間的距離，以減小暗電流的大小。3．作為比較，試用交點法確定遏止電勢差Uc，并由此利用作圖法求出普朗克常量h，討論兩種方法的優(yōu)點以及誤差因素。答：交點法：交點易找，也