大学物理实验答案 6页

实验二十一多普勒效应的研究与应用【思考题】1．电磁波与声波的多普勒效应原理是否一致？答：是一致的。多普勒效应是当波源和接收器之间有相对运动而产生接收器的频率与波源的频率不同的现象。2．本实验中，频率的调节是以什么为标准的？为什么？答：调节发生器驱动频率以接收器的谐振电流达到最大，作为频率的调节标准。因为在超声应用中，要将发生器与接收器频率匹配，即将驱动频率调到谐振频率，这时其接收器谐振频率最大。才能有效的发射与接收超声波。实验二十二霍尔效应及磁场的测定【预习题】1．当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面不完全垂直时，测得的磁感应强度实验值比实际值大还是小？为什么？请作图说明。答：小一些。因为当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面不完全垂直时，实验所测得的磁感应强度为实际磁强应强度在与霍尔元件平面垂直方向上的一个分量。如图所示，设磁感应强度与霍耳元件平面法线间的夹角为，则实验值为。因为，所以实验值比实际值小。【思考题】1．在“用霍尔元件测螺线管磁场”实验中，若某一同学将工作电流回路接入“霍尔电压”接线柱上，而将电位差计（或数字电压表）接在“工作电流”接线柱上。他能测得磁场吗？为什么？答：能。由霍尔元件的工作原理可得，半导体中的电荷受到洛伦兹力产生偏转，将工作电流回路接入“霍尔电压”接线柱上,电荷同样受到洛伦兹力发生偏转，将在“工作电流”\n接线柱上产生霍尔电压。2．根据实验结果比较螺线管中部与端口处的磁感应强度，求：，分析其结果。答：端口的磁感应强度应为中部磁感应强度的一半，由于存在漏磁现象，实际测量出的。实验二十三密立根油滴实验【思考题】1．实验时，怎样选择适当的油滴，如何判断油滴是否静止？答：（1）在工作、平衡状态下，电压调至350以上。喷油，通过正负及电压调节在150以上能静止的小油滴。（2）带电静止的油在0时会匀速下降，在工作电压平衡时不上下游动。2．油滴太大或太小或者可带电荷量太多，对试验结果会产生什么影响？答：（1）油滴太大或太小，使得油滴的运动受空气阻力的作用变化太大，难以平衡。（2）电荷太多，一是难平衡，二是下降速度太快测不准，三是电荷多总电压量大，单位电荷更是不准确。实验二十四导热系数的测定【预习题】1．实验中为什么要在样品上、下表面的温度几乎保持不变时，才能测和？答：本实验中采用稳态法测不良导体导热系数，所谓稳态法，是要求利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温度分布，然后进行测量。在加热过程中，当样品上、下表面的温度几乎保持不变时，传热达到动态平衡，样品内部形成一个稳定的温度分布内，这时才能测量温度示值和。【思考题】1．什么是稳态法？在实验中如何实现它？答：所谓稳态法，是要求利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温度分布，然后测量该状态的热量传递，代入式\n中可解出导热系数。在实验中加热过程中，观察样品盘上、下表面的温度，若在10min内保持不变（和不变）可认为已达到稳态。利用公式将传热速率转换成在稳态附近样品下表面温度变化速率，即温度示值的变化速率（），测出稳态附近样品下表面温度示值随时间t的变化，作—t曲线，并从曲线上求出，代入公式中即可。2．观察实验过程中环境温度的变化，分析散热速率与时间的关系，讨论环境温度的变化对实验结果的影响。答：环境温度较高，则样品盘侧面散热较少，系统误差小。（若不考虑侧面散热，夏天和冬天测出的导热系数同，因稳态温度梯度和稳态散热速率均与环境温度有关。夏天小，而－也小。）在过程中，开始时候，环境温度相对较低，随着实验的进行，环境温度逐渐升高，导致测量数据变小。3．分析用稳态传热法测定不良导体热系数中误差的主要来源。答：（1）样品侧面不严格绝热；（2）以散热盘的冷却速率代替样品盘的散热速率，而样品与散热盘之间接触不甚严密；（3）冷却速率测量引起的误差在整个误差中所占比例大。实验二十五磁场分布的测绘【预习题】1．感应法测磁场的基本原理是什么？答：感应法测磁场的原理是：根据法拉第磁感应定律，处在磁场中导体回路上的感应电动势的大小与穿过它的磁通量的变化率成正比，因此在待测磁场中引入试探线圈，在交变磁场中不同部位，转动线圈，测出各处线圈中最大的感应电动势和线圈的方向，可得各点磁感应强度的大小和方向。2．为什么测定圆线圈轴上曲线，便能确定的分布规律？\n答：因为，3．怎样利用试探线圈测量磁场的大小和方向？答：可将探测线圈放在待测点，转动线圈的方向，直到数字电压表读数最大为止。把所得读数代入（9）式即可算出该点的磁场。4．如何测定磁场的方向？为什么不根据转动试探线圈使毫伏表达最大值来确定磁场方向？答：确定磁场的方向原可用数字电压表读数最大值时所对应的试探线圈法线方向来表示，但是磁通量的变化率小，因此测量方向的误差较大，当试探线圈转过90°时，磁场方向与试探线圈法线方向相垂直，的变化率最大，误差较小，所以我们利用数字电压表读数的最小值来确定磁场的方向。5．如何描绘磁感应线？将探测线圈的小铜钉放在待测点的位置，用手按探测线圈，小铜钉就在坐标纸上记下一个小圆点，表示待测点的位置，转动探测线圈使数字电压表读数最小值（为0），与探测线圈法向垂直的方向即为此范围内磁场方向，用细铅笔在坐标纸上沿探测线圈底边画一直线，然后以首尾相接，再找出下一小区域内磁感应线，将这些折线连成光滑曲线即成。【思考题】1．试分析感应法测磁场的优缺点和适应的条件？答：电磁感应法测量磁场的优点是，原理简单，且可直接测得磁场的大小和方向，缺点是，如果磁场分布不匀用普通的探测线圈只能测出线圈平面内磁感应强度法向分量的平均值，而不能测出非均匀磁场中各点的值，除非将探测线圈做得非常小，但这又会使很小而影响测量的灵敏度。适应的条件：交变磁场。2．怎样用感应法测量磁场的绝对值？答：由可知，角越小，交流数字电压表的读数越大，当试探线圈法线与圆线圈轴方向一致时，，则为最大值。测量时，可将探测线圈放在待测点，转动线圈的方向，直到数字电压表读数最大为止。把所得读数代入（9）式即可算出该点的磁场。3．若亥姆霍兹线圈中通以直流电，其磁场又如何测定？试画出测量线路图，简要说明其实验步骤。答：让线圈以一定的速度转动，测线圈电动势。\n实验二十七动力学共振法测定材料的杨氏弹性模量【预习题】1．外延测量法有什么特点？使用时应注意什么问题？答：所谓外延测量法，就是所需要的数据在测量数据范围之外，一般很难测量，为了求得这个数，采用作图外推求值的方法。具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线，再将曲线按原规律延长到待求值范围，在延长线部分求出所要的值。使用外延测量法时应注意：外延法只适用于在所研究范围内没有突变的情况，否则不能使用2．悬丝的粗细对共振频率有何影响？答：在一定范围内，悬丝的直径越大时，共振频率反而越小。因为共振频率与阻尼的关系为，悬丝直径大时，阻尼相应较大，即大，则共振频率应该较小。当然，悬丝直径也不可过粗，太粗的悬丝对于棒振动时振幅的影响很大，即变小，而不利于信号的拾取。【思考题】1．在实际测量过程中如何辨别共振峰真假？答：理论上认为，“改变信号发生器输出信号的频率，当其数值与试样棒的某一振动模式的频率一致时发生共振，这时试样振动振幅最大，拾振器输出电信号也达到最大”。实验中，并非示波器检测到信号峰值处频率都为样品棒的共振频率，由样品支架和装置其它部分的振动也会导致示波器检测到极值信号。因此正确真假判别共振信号对于测量相当重要。真假共振峰的判别方法有好几种，如预估法和撤耦法，预估法指利用已知的金属杨氏模量，利用公式估算出共振频率，撤耦法指用手托起试样棒，此时拾振信号应消失，反之为假信号。预估法和撤耦法结合起来用比较好：预估法可判断出共振频率的大致范围，而撤耦法则可做进一步精确判断。另外，还可以在不放铜棒的情况下先做一个粗略检测，即将可能的干扰信号频率做一个排除。2．如何测量节点的共振频率。\n答：从实验装置图中可以看出，试样振动时，由于悬丝的作用，棒的振动并非原理中要求的自由振动，而是存在阻尼下的受迫振动，所检测共振频率随悬挂点到节点的距离增大而增大。若要测量（27-1）式中所需的试样棒基频共振频率，只有将悬丝挂在节点处，处于基频振动模式时，试样棒上存在两个节点，它们的位置距离分别为0.224L和0.776L处。在节点处的振动幅度几乎为零，很难检测，所以要想测得试样棒的基频共振频率需要采取内插测量法。所谓内插测量法，就是所需要的数据在测量数据范围之内，而不方便进行测量，为了求得这个数，采用作图内插求值的方法。具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线，再求出所要的值。内插法只适用于在所研究范围内没有突变的情况，否则不能使用。在本实验中就是以悬挂点位置为横坐标，以共振频率为纵坐标作出关系曲线图，求得曲线最低点（节点）对应的频率即为试样棒的基频共振频率。