《大学物理实验》第一册习题与思考题

1《大学物理实验》第一册习题与思考题第一章实验测量不确定度与数据处理习题1．指出下列各项各项哪些属于系统误差，哪些属于偶然误差：a.米尺刻度不均匀b.实验者的偏见c.刻度因温度改变而伸缩d.最小分度后一位的雇计c.游标卡尺零点不为零f.电表指针的磨擦g.视差2．下列数值改用有效数字的标准式来表示(1)光速=299792458100米/秒(2)热功当量=4183000040000尔格/卡(3)比热C0.0017300.0005卡/克度(4)电子的电荷=4.803010-10静库。准确到0.1%(5)9876.52准确到0.2%3．请把下列各数值正确的有效数字表示于括号内：(1)3.467±0.2()(2)746.000±2()(3)0.002654±0.0008()(4)6523.587±0.3()4.下列各式的算术运算都是正确的，就是没有考虑到有效数字的问题。假设下列各数值的最后一位都是估计（可疑）的，请在括号内以有效数字表示其正确答案。(1)(1.732)(1.74)=3.01368()(2)(10.22)(0.0832)(0.41)=0.34862464()(3)4.20419.30034.6038.60421.8y()(4)628.7/7.8=80.6026()(5)(17.34-17.13)(14.28)=2.9988()5.计算下式结果及其不确定度的表示式。N=A+2B+C-5D设：A=38.2060.001cmB=13.24870.0001cmC=161.250.01cmD=1.32420.0001cm6.一圆柱体的直径为（2.140.02）厘米，求其横截面积。27．两分量(10.200.04)厘米和(3.010.03)厘米，相加时其不确定度该如何表示？相乘时其不确定度又该如何表示？8.一个正方体铁块的边长为（10.3±0.2）厘米，质量为(8665±8)克，试求其密度的不确定度表示式？并用“克／厘米”为单位表示结果。9.写出下列函数的不确定度表示式，分别用不确定度的算术合成和几何合成法表示。（用最合适的方法从不确定度或相对不确定度中选择一种）(1)zyxN2(2)2)(22BAkQ;其中k为常数(3)ALAf4)(22(4)atVVt1010.用量程为125mm的游标卡尺测量一钢珠直径10次，已知仪器最小分度值为０.02mm,仪器的最大允差△仪＝0.02mm,测量数据如下：次数12345678910(dmm)3.323.343.363.303.343.383.303.323.343.36求测量列的平均值、标准差б、测量列的Ａ、Ｂ类及合成标准不确定度。11．用伸长法测量杨氏模量的实验数据，改变砝码质量m测钢丝伸长量0xxNi，m和N数据如下表：次数12345678)(kgm0.0001.0002.0003.0004.0005.0006.0007.000)(cmN0.001.112.213.254.255.206.157.31试用逐差法、作图法和计算机直线拟合法求出斜率k，并分析其不确定度。12．历年来真空中光速的测量结果如下，求其权之比及其不确定度的表示式。年代工作者方法结果（千米/秒）不确定度（千米/秒）1907Rosa,DorseyEsu/emu299784151928Karolus克尔盒299786151947Essen谐振腔29979241949Aslakson雷达299792.42.41951Bergstant光电测距仪299793.10.261954Froome微波干涉仪299792.750.31964Rank等带光谱299792.80.41972Bay等稳频He-Ne激光器299792.4620.0181973平差299792.45800.00121974Blaney稳频CO2激光器299792.45900.000631976Woods299792.45880.00021980Baird稳频He-Ne激光器299792.45810.00191983国际协议299792.458(精确值)13.用四种仪器测量一薄板的厚度所得数据如下，求其权之比及其不确定度的表示式。(1)螺旋测微计测得d1=(1.4030±0.0004)cm(2)测量显微镜测得d2=(1.4064±0.0003)cm(3)球径计测得d3=(1.4014±0.0002)cm(4)光杠镜测得d4=(1.405±0.003)cm14.测定某角度α共两次，得其值为α1±r1=24°13′36.0¨±3.1¨及α2±r2=24°13′24.0¨±13.8¨，求其权之比及其不确定度的表示式。15．甲乙两人用某一测角器来量度某一晶体的面角，测得结果如下，试求二人所得结果中的权的比及其不确定度的表示式。。甲乙24°23′40¨24°23′30¨24°23′45¨24°23′40¨24°23′30¨24°23′50¨24°23′35¨24°23′60¨24°23′36¨24°23′20¨第三章基本实验习题与思考题一、长度和固体密度的测量思考题1．天平的使用规则中，哪些规定是为了保护刀口。2．用米尺、20分尺游标卡尺和螺旋测微计分别单次测量同一金属板的厚度，若测量值都是4mm，那么这三个测量值分别应如何记录才是正确？3．螺旋测微装置，其测微螺杆的螺距为0.5mm，微分筒周界刻有100等分格，试问该装置的分度值为多少？二、伸长法测定杨氏弹性模量思考题1．本实验中，为什么测量不同的长度要用不同的仪器进行？它们的最大允差各是多少？2．根据实验不确定度几何合成方法，写出杨氏模量E的相对不确定度的表达式，并指出哪一个测量影响最大。3．本实验所用的逐差法处理数据，体现了逐差法的哪些优点？若采用相邻两项相减，然后求其平均值，有何缺点？4．若将bD2作为光杠杆的“放大倍率”，试根据你所得的数值计算bD2的值，你能想出几种改变“放大倍率”的方法来吗？5．光杠杆法有何特点？你能应用光杠杆法设计一个测定引力常量G的物理实验吗？三、弦线上波的传播思考题1.安装设备时，若图3—3—1中A、B及P三点不在同一直线上，对实验结果有何影响？它使弦线受到的实际张力较mg大或小？2.测定波长时应当测一个驻波的长度或几个驻波的长度？为什么？43.试分析固定张力法测音叉频率的不确定度来源？四、气垫弹簧振子的简谐振动思考题1．在测量周期时，挡光片的宽度对测量结果有无影响？为什么？其影响大小如何？2．弹簧的实际质量必须远小于滑块质量，为什么？五、声速的测定思考题1．本实验处理数据时，用逐差法求波长、试说明有什么优点，其物理意义是什么？2．如果信号发生器的频率未调整到谐振状态，对测量结果会不会影响？为什么？3．是否可以用此方法测定超声波在其他媒质（如液体和固体）中的传播速度？六、电热当量的测定思考题1.试用不确定度传递公式计算本实验的相对确定度JUJ，指出哪一个量对测量结果的影响最大。2.切断电源后，水温还会上升少许，然后才开始下降，记录12tT、及用作图法求fT时，应如何处理方为正确？3.为什么要限制加热的温升速率？过大或过小的温升速率对实验结果有什么影响？4.根据牛顿冷却定律，你能否提出与本实验讲义不同的修正方法？七、测量冰的溶解热思考题1．为什么冰和水的质量要有一定的比例？如果冰投入太多，会产生什么后果？溶化后的水温有什么限制？2．为什么实验的温度降落过程要从高于室温变到低于室温？如果整个实验过程中温度变化都低于室温，则后果如何？八、电阻元件伏安特性的测定思考题1．使用各种电表应注意哪些主要问题？2．根据电表的准确度级别，如何确定测量结果的有效数字的位数？3，测量元件的伏安特性曲线有何意义？4．用伏安法测电阻实验中，如何减小、消除电表的接入误差？5．非线性元件的电阻能否用万用表来测定？为什么？6．由实验所得的特性曲线，说明静态电阻和动态电阻特性的区别？九、电表的扩程与校准思考题1．若将本实验改装的10mA电流表误作直流电压表去测100V电压，这时通过表头的电流为多少?会发生什么后果(不允许试验)?2．何谓电压灵敏度?电压灵敏度的高低对测量有何影响?本实验设计的电压表其灵敏度为多少?３．一个满标电流为gI，内阻为gR的表头，现欲改为右图所示的等效电流量程为'gI，等效内阻为'gR，求1R及2R各为多少？４．绘制校正曲线有何实际意义？十、惠斯登电桥思考题1．以下哪些因素会使电桥的测量误差加大？电源电压大幅度下降；5电源电压稍有波动；检流计灵敏度不够高；检流计零点没有调准；在测量低电阻时，导线电阻不可忽略。2．在电桥实验操作中，应注意哪些问题？总结使电桥较快达到平衡的方法。十一、用双电桥测低电阻思考题1．双电桥电路中式21RRRRBA是否一定要满足?为什么?2．测量金属棒电阻率时，其有效长度L应该是哪两个点间的距离?3．如果发现电桥的灵敏度不够高，原则上可采取哪些措施?这些措施受什么限制?十二、应用霍尔效应测量磁场思考题1、若把霍尔片的法线方向与磁场B的方向不一致，将如何影响霍尔电压测量结果？2、如何测量霍尔元件的灵敏度？3、如何利用霍尔元件测量电磁铁芯的相对磁导率μ？4、若磁感应强度B和霍尔元件lb平面不完全正交，按式（3-12-4）算出的磁感应强度B比实际值大还是小？如果霍尔元件在空间可自由转动，怎样判断B与元件的方向是一致的？要准确测定磁场，实验应怎样进行？5、用霍尔元件也可以测量交变磁场，在图（3-12-3）将IM电流源换成低压交流电源，那么，为了测量磁极间隙中的交变磁场，图中的装置和线路应作那些改变？十三、示波器的使用思考题1.示波器正常，但开机后荧光屏上看不到亮点．问这是由于哪个旋钮调节不当造成？2.用示波器观察波形，在荧光屏上出现下面两种情况，该调哪些有关旋钮才能观察到波形；（1）当屏上呈现一条垂直的亮线时；（2）当屏上呈现一条水平亮线时；3．示波器观察到正弦波图形不断往右“跑”，问锯齿波扫描频率偏高还是偏低？3．观察李沙育图形，能否调示波器上的扫描和整步旋钮使图形变化缓慢？十四、RLC串联谐振特性的研究思考题1．对本实验电路，当电源频率处于低频段（相对于0f）时，哪个元件上的电压值与电源电压接近？频率处于高频段时又如何？2．在谐振频率处，频率处的输出电压是最大还是最小？为什么？3．在实际测量中，谐振时电阻器0R两端电压RmU小于电源两端电压U的原因是什么？4．如何应用“谐振法”测量电容或电感？6十五、分光计调节及三棱镜折射率的测量思考题1、调节望远镜时，若找不到平面镜反射回来的绿色亮十字，估计有哪些原因。2、调整望远镜光轴垂直仪器转轴时，若观察到的现象是：平面镜A面反射的绿色十字像在上十字叉丝下方2mm处，而平面镜转过1800后至B面，绿色十字像在上十字叉丝下方10mm处。问：（a）望远镜是否垂直仪器转轴？平面镜是否平行仪器转轴？若两者均不满足，何者偏离较大？（b）如何调节能较迅速使得平面镜转过1800的前后两次反射的绿色十字像都和上十字叉丝重合？3、分光计调节符合要求后，放上三棱镜后，位什么还要进行两个光学面（AB面及AC面）与望远镜光轴相垂直的调节？位什么这时候不能采用渐近法进行调节？4、用棱脊分束法测三棱镜顶角时，为什么必须把三棱镜顶角A置于载物台的中心附近？试作图说明？十六、用牛顿环测定透镜的曲率半径思考题1．你所观察到的全部牛顿圈是否都在同一平面上？为什么？你能否利用本实验设备，从实验中检验你的回答正确与否？2．为什么测量过程中，显微镜的刻度鼓轮只能单方向移动？3．测量时，为什么叉丝的交点应对准暗条纹的中心？5．若用白光代替单色光照射，则所观察的牛顿环将变成怎样十七、迈克耳逊干涉仪思考题1．为什么在迈克耳逊干涉仪调节的过程中，会出现干涉条纹从直条纹弧形条纹同心圆环条纹的变化现象？2．调节迈克逊干涉仪1M和2M镜倾斜状态时，为什么会出现几个反射象？应如何调节？2．如何确定两光束等光程时1M的位置？十八、光速的测量思考题1.通过实验观察，你认为波长测量的主要误差来源是什么？为提高测量精度需做哪些改进？2.