大学物理实验期末复习材料

1绪论-《测量的不确定度与数据处理》1、有效数字、有效数字的单位换算有效数字：测量结果中所有可靠数字和一个欠准数统称为有效数字。有效数字的单位换算：在单位换锁或变换小数点位置时，不能改变有效数字位数，而是应运用科学计数法，把不同单位用10的不同次幂表示。2、测量不确定度：测量不确定度是与测量结果相关联的参数，表征测量值的分散性、准确性和可靠程度，或者说它是被测量值在某一范围内的一个评定。测量结果的最佳估计值11niixxnA类不确定度211()=()niiAxxxUnnB类不确定度3BU仪合成不确定度22ABUUU测量结果的表示xxU3、数据处理方法：作图法、逐差法作图法：1）：图示法：选取合适的坐标纸，把两组互相关联的物理量的每一对测量值标记成坐标纸上的一个点，用符号“+”表示，叫做数据点，然后根据实验的性质，把这些点连成折线，或拟合成直线或曲线，这就是图示法。2）：图解法解实验方程：线性方程，Y=mx+b其参数的误差与所有测量数据的误差都有关，也与坐标纸的种类、大小以及作图者自身的因素有关。3):曲线的改直逐差法：自变量等间隔变化，而两物理量之间又呈现线性关系时，我们除了采用图解法，最小二乘法以外，还可采用逐差法。逐差法要求自变量等间隔变化而函数关系为线性。实验一长度和固体密度的测量1、物理天平的调节过程及注意事项调平：1）转动调平螺丝，使水准的水泡剧中。2）调零：天平空载，游码置于横梁上的零位置，指针应在标尺中央或在中央附近对称摆动。3）称横：观察天平是否平衡，若不平衡，适当增减砝码或移动游码，直至平衡。注意事项：A、常止动：为避免道口受冲击损坏，取放物体、砝码，调节平衡螺母以及不是2用天平时，都必须放下横梁，止动天平。只有在判别天平是否平衡时才启动天平。B、轻操作：启动、止动天平时，动作务须轻且慢，以使天平刀口不受撞击。最好在天平指针摆到刻度尺中央时止动天平。C、必须用镊子搬动砝码和拨动游码，不许用手直接抓取或拨动。称横完毕，砝码必须放回盒中原位，不许放在秤盘及砝码盒以外的其他地方。D、天平的负载不得超过其最大称量，以防损坏刀口或压弯横梁。也不应将高温物体、酸、碱等腐蚀性物品直接放在秤盘中称横，以防被腐蚀。2、螺旋测微器的读数答案一：读数=固定刻度+可动刻度+估读值(1)读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米刻线是否已经露出。(2)读数时，千分位有一位估读数字，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读为“0”。答案二：测量物体长度时，应先将微动螺杆推开，将待测物体放在测砧和螺杆之间，然后轻轻转动棘轮旋柄，使测砧和螺旋侧面刚好与待测物体接触。读数时应从固定套管的标尺上读出整数格值，而0.5MM以下的读数时由微分筒上的刻度读出，可估读到千分之一毫米。3、千分尺的零点读数：千分尺的测量面密合时，微分筒零线一般不和固定套管的横线对齐，而显示某一读数，这个读数叫做零点读数。实验二伸长法测量扬氏弹性模量1、光杠杆原理测量微小长度变化量，其原理图，及测量公式的推导原理图为讲义二P14-15的2-4-1和2-4-2图测量公式的推导：被测微小长度变化量ΔL=bN／2DΔLb转角θ甚小所以θ≈ΔL／b由光学反射定律可知：∠X0OX1=2θ≈N／D所以2ΔL／b=N／D所以ΔL=bN／2D2、在用伸长法测杨氏弹性模量的实验中，如何找到清晰的标尺的像？先调节目镜与十字叉丝的间距，使叉丝在目镜焦平面内，经目镜放大后，在观察者的明视距离处成一放大的虚像，这时叉丝的像很清晰。然后沿望远镜筒外边缘观察，是否能从平面镜中看到标尺的像，若看不到，则应左右移动测量系统支架，直到能看到为止，最后通过望远镜进行观察，这时若标尺像不清晰，可旋转外筒改变目镜筒与物镜间的距离，直至能看清标尺像。实验三惠斯登电桥1、惠斯登电桥的结构及用途结构：它是由四个电阻R1\R2\R3\R4连接成一个闭合环路，每个边称为电桥的桥臂，四个电阻的连接点称为顶点。在电桥的一对对顶点连接电源E，另一对对顶点连接检流计G。用途：用惠斯登电桥测量中值电阻2、电桥灵敏度，电桥的灵敏度与电源电压、检流计灵敏度间的关系所谓电桥的灵敏度就是电桥平衡时Rx发生单位改变是检流计偏转的格数。定义式为S=Δn/(ΔRx/Rx)3（1）与检流计的电流灵敏度Si成正比。（2）与电源的电动势E成正比。3、惠斯登电桥的电路原理图，用交换法测量的优点优点：待测电阻的准确度误差仅有测定臂电阻的准确度等级决定，减小测量所带来的误差。实验四直流电位差计的原理及其使用1、直流电位差计的原理及其测量过程中的调节原则原理图：P404-7-2图（图要画）让一恒定的标准电流I0通过一标准电阻，在其上产生电压降，再从标准电阻的压降分压，获得稳定可调的标准电压。调节原则：遵循从高位到低位，先粗调后细调的原则。2、电位差计电路的组成由工作回路、校准回路、测量回路组成3、补偿法，补偿法测量电压的原理图、优点补偿法：Ux是待测电压，Uo是可调的已知电压。调解Uo使回路无电流，Uo与Ux互相补偿，检流计G不偏转。补偿时，Ux=Uo，这种测量电压的方法称为补偿法。优点：回路无电流，E0和EX达到互相补偿。减小测量带来的误差。实验五电阻元件伏安特性的测定1、线性元件有一类元件，例如金属膜电阻，其两端的电压与流经它的电阻成正比，它的伏安特性曲线是一条直线，这类元件称为线性元件。2、在电阻元件伏安特性的测定实验中，如何选择测量线路？为了减小接入误差，应怎样选择电表？大的电阻用内接法，小电阻用外接法。当RrRRAX时，选用电流表内接法；所产生的接入误差小于电流表外接法所产生的接入误差。这时应该选择电流表内接电路进行测量。当RrRRAX，选用电流表外接法。还应用内阻大的电压表测量电压，选用内阻小的电流表测量电流。3、二极管正向伏安特性曲线的测量线路，其电路图及理由电路图为P374-3-3的图把Rx改成二极管4理由：二极管的正向电阻值较小且电流表本身就有内阻故采用电流表外接法。实验六示波器的原理及使用1、示波器中，水平偏转板、垂直偏转板各自所加的信号?水平偏转板加锯齿波电压，垂直偏转板加被测信号。2、李萨如实验中，如果屏幕显示的图形在快速翻转，应怎样调节？答：调节音频信号发生器的信号频率（即fx），当fx／fy分别为2、1、2/3、1/2及1/3（音频信号频率约为25、50、75、100、150HZ）时，使李萨如图形稳定。3、扫描频率偏大会造成示波器观察到的正弦波形怎样变化？U=λf且速度U不变所以频率增大时波长λ变小示波器上所出现的波数增多。4、如何从示波器上得出正弦波电压的大小与频率？示波器横轴为正弦电压信号的X（t）轴，读出一个周期的时间T（参照X轴旋扭所在位置），1/T即为频率；示波器纵轴为正弦电压信号的Y（幅值）轴，读出正弦波波峰到波谷的距离（参照Y轴旋扭所在位置），即是信号的大小（峰-峰）值。实验七用牛顿环测定透镜的曲率半径1、用牛顿环测定透镜曲率半径的基本实验仪器牛顿环仪测量显微镜钠光灯斜照玻璃片2、牛顿环：用分振幅方法产生的干涉现象，也是典型的等厚干涉条纹。图P68页3、在用牛顿环测定透镜曲率半径的实验中，为何显微镜的刻度鼓轮只能单方向移动？为了避免螺距的误差。(因为存在齿轮的回程差，齿轮啮合，齿与齿之间是有间隙的，回转的时候，主动齿轮要空转过这个间隙，才能拨动从动齿轮，这样在读取数据的时候会有较大的误差，因此，刻度鼓轮只能单向移动)5、会应用逐差法进行数据处理如果我们直接测量第M级暗条纹与第N级暗条纹的直径dm和dn，然后由其平方差来计算透镜的曲率半径R，便可避免较大误差，而得到较准确的结果。R=(dm^2-dn^2)/4(M-N)波长，(波长在分母上)实验八薄透镜焦距的测定1、测量凸透镜焦距的一般方法有哪些1.物距、像距法2.二次成像法3.自准直法2、在光具座上调节光学系统时应满足的条件共轴等高调节3、物距像距法测量凸透镜焦距的光路图及其原理、公式物距像距法：图为P79页6-1-1S为物距，S’为像距，焦距f’=S.S’/(S-S’)=-S’.S/(S’-S)4、二次成像、二次成像法测量凸透镜焦距的光路图及其原理、公式图为P79页6-1-2当物体AB与像距的间距L4f’时，透镜在L间移动，可在屏上两次成像，一次形成放大的像，一次形成缩小的像。5f’=X(L-X)/L.=(X-d)(L-X+d)/L最后得到f’=(L^2-d^2)/4L其中，L为物与象屏的间距，d为透镜转移的距离。实验九倾斜气垫导轨上滑块运动的研究1、气垫导轨的实验装置组成答：气垫导轨、滑块、光电测量系统。2、气垫导轨调水平的方法有几种静态法：在气轨通气后将滑块静放在导轨上通过滑块运动情况来判断，静止则水平，否则不平衡。动态法：气轨通气后给滑块一定的初速度，让滑块在轨道上往返滑动，若滑块通过两个店门的时间一样则七点导轨水平。3、气垫实验中，测量速度和加速度的实验原理，及其原理图速度：物体做直线运动时，txvt到t+Δt的时间间隔内，物体运动通过的位移为Δx，加速度：V2^2-V1^2=2asa为加速度v1为初速度v2末速度s位移图为P19页实验十应用霍尔效应测量磁场填空题1、霍尔效应、应用霍尔效应测量磁场的原理答：当洛伦磁力fB、f电场力、fE相等时，电荷的积累达到动态平衡，这时在薄片两侧面D、D’之间所建立的电场EH称为霍尔电场，相应的电压UH称为霍尔电压，这样的现象称为霍尔效应。根据UH=KHIB，如果知道了霍尔元件的灵敏度KH，用仪器测出控制电流I和霍尔电压UH，就可以算出霍尔片所在的磁感应强度B的大小。这就是应用霍尔效应测量磁场的原理。2、换向法、如何应用换向法消除四种副效应的影响，测得霍尔电压UH值换向法：为了消除负效应电压的影响U0、UN和URL的影响（忽略UH的影响），在测量时，分别改变控制电流I的方向和磁场B的方向，测下四种情况下的电压，然后取平均值，得到霍尔电压的方法。应用：（1）当B为正（电磁铁励磁电流Im为正），I为正时，测得的电压即为U1，此时，领各种电压均为正，则有U1=UH+U0+UN+URL（2）B仍为正，I仍为负，此时UH和U0换向，而UN和URL不换向，测得的电6压为U2=-UH-U0+UN+URL（3）B换为负，I仍为负，此时UH又换为正，U0换仍为负，UN和URL换向为负，测得的电压为U3=UH-U0-UN-URL（4）B仍为负，I再换为正，此时UH为负，U0为正，UN和URL换向为负，测得的电压为U4=-UH+U0-UN-URLUH=1/4（U1-U2+U3-U4）