大学物理实验报告预习题与思考题部分答案(周岚)

实验一物体密度的测定

【预习题】

1．简述游标卡尺、螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项。

答：（1）游标卡尺的测量原理及使用时的注意事项：

游标卡尺是一种利用游标提高精度的长度测量仪器，它由主尺和游标组成。设主尺上的刻度间距为，游标上的刻度间距为，比略小一点。一般游标上的个刻度间距等于主尺上(-1)个刻度间距，即。由此可知，游标上的刻度间距与主尺上刻度间距相差,这就是游标的精度。

教材P33图1-2所示的游标卡尺精度为,即主尺上49mm与游标上50格同长，如教材图1-3所示。这样，游标上50格比主尺上50格（50mm）少一格（1mm），即游标上每格长度比主尺每格少1÷50 = 0.02(mm)，所以该游标卡尺的精度为0.02mm。

使用游标卡尺时应注意：①一手拿待测物体，一手持主尺，将物体轻轻卡住，才可读数。②注意保护量爪不被磨损，决不允许被量物体在量爪中挪动。③游标卡尺的外量爪用来测量厚度或外径，内量爪用来测量内径，深度尺用来测量槽或筒的深度，紧固螺丝用来固定读数。

（2）螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项：

螺旋测微器又称千分尺，它是把测微螺杆的角位移转变为直线位移来测量微小长度的长度测量仪器。螺旋测微器主要由固定套筒、测量轴、活动套筒(即微分筒)组成。如教材P24图1-4所示，固定套管D上套有一个活动套筒C(微分筒)，两者由高精度螺纹紧密咬合，活动套筒与测量轴A相联，转动活动套筒可带动测量轴伸出与缩进，活动套筒转动一周()，测量轴伸出或缩进1个螺距。因此，可根据活动套筒转动的角度求得测量轴移动的距离。对于螺距是0.5mm螺旋测微器，活动套筒C的周界被等分为50格，故活动套筒转动1 格，测量轴相应地移动0.5/50=0.01mm,再加上估读，其测量精度可达到0.001 mm。

使用螺旋测微器时应注意：①测量轴向砧台靠近快夹住待测物时，必须使用棘轮而不能直接转动活动套筒，听到“咯、咯”即表示已经夹住待测物体，棘轮在空转，这时应停止转动棘轮，进行读数，不要将被测物拉出，以免磨损砧台和测量轴。②应作零点校正。

2．为什么胶片长度可只测量一次？

答：单次测量时大体有三种情况：（1）仪器精度较低，偶然误差很小，多次测量读数相同，不必多次测量。（2）对测量的准确程度要求不高，只测一次就够了。（3）因测量条件的限制，不可能多次重复测量。本实验由对胶片长度的测量属于情况（1），所以只测量1次。

【思考题】

1．量角器的最小刻度是。为了提高此量角器的精度，在量角器上附加一个角游标，使游标30分度正好与量角器的29分度等弧长。求该角游标的精度(即可读出的最小角度)，并读出下图所示的角度。

答：因为量角器的最小刻度是30’，游标30分度与量角器29分度等弧长，所以游标的精度为，图示角度为。

2．用螺旋测微器进行测量时要考虑螺距误差吗？

答：不要。因为用螺旋测微器进行测量时，活动套筒（即微分筒)只向一个方向转动，所以不考虑螺距误差。

3．设计一种修正齿孔面积的方案。

答：齿孔形状如图1所示。齿孔面积S等于长方形

面积XY减去修正面积△S。由图1、图2可知修正面积

等于正方形和内切圆面积之差，所以只要测出内切圆

的半径，就可求出△S。

用读数显微镜测出图1中的X ₁、X ₂、Z ₁、Z ₂，得

内切圆的半径：

则修正面积为：

实验三电阻的测量和伏安特性的研究

【预习题】

1．测量二极管伏安特性曲线时，为什么正向曲线的测量要用外接法，而反向曲线的测量要用内接法?

答：因为二极管正向电阻较小，反向电阻较大，所以正向曲线的测量宜采用电流表外接法，反向曲线的测量宜采用电流表内外接法。

2．电源、电表、滑线变阻器接到电路中要注意什么？

答：在使用电源时，应注意：(1)注意人身安全，一般安全电压为36V。高于36V操作时尽量用一只手操作。

(2)不能使总电路中的总电流超过额定电流值，更不能使电源短路（即不能使外电阻接近于零）。(3)直流电表的正、负极应与直流电源的正、负极对应联接（即正接正，负接负），否则会使电表损坏。而交流电没有正负极之分。(4)在电路中必须连电源开关，接线时和不进行测量时，要使电源开关断开且将输出旋钮逆时针调至零，线路接好经查无误后打开电源。做完实验，一定要先切断电源，然后再拆去其他部分。

使用电表时应注意以下几点：（1）选择电表：根据待测电流（或电压）的大小，选择合适量程的电流表（或电压表）。如果选择的量程小于电路中的电流（或电压），会使电表损坏；如果选择的量程太大，指针偏转角度太小，读数就不准确。使用时应事先估计待测量的大小，选择稍大的量程试测一下，再根据试测值选用合适的量程，一般要尽可能使电表的指针偏转在量程的2/3以上位置。（2）电流方向：直流电表指针的偏转方向与所通过的电流方向有关，所以接线时必须注意电表上接线柱的“+”、“-”标记。电流应从标有“+”号的接线柱流入，从标有“-”号的接线柱流出。切不可把极性接错，以免损坏指针。（3）视差问题：读数时，必须使视线垂直于刻度表面。精密电表的表面刻度尺下附有平面镜，当指针在镜中的像与指针重合时，所对准的刻度，才是电表的准确读数。（4）要正确放置电表，表盘上一般都标有放置方式，如用“—”或“┌┐”表示平放；用“↑”或“⊥”表示立放；“∠”表示斜放，不按要求放置将影响测量精度。（5）使用前电表的指针应指零，若不指零，需要调零。

使用滑线变阻器时要注意：通过滑线变阻器的电流不能超过其额定电流。

3．被测低电阻为何要有4个端钮？

答：消除接触电阻。

【思考题】

1．滑线变阻器主要有哪几种用途？如何使用？结合本次实验分别给予说明。

答：（1）滑线变阻器主要有两种用途：限流和分压。（2）对限流电路（如教材图3-10）：在接通电源前，一般应使C滑到B端，使最大，电流最小，确保安全。以后逐步调节限流器电阻，使电流增大至所需值。对分压电路（如教材图3-11）：在接通电源前，一般应使C滑到B端，使两端电压最小，确保安全。以后逐步调节分压器电阻，使两端电压增大至所需值。（3）本次实验中测二极管特性曲线时，滑线变阻器用于分压；利用四端接线法测量一段电阻丝电阻时，滑线变阻器用于限流。

2．在实验中，若电源电压为6V，被测电阻约为50Ω，电流表（毫安表）的量程为150/300mA，150mA档的内阻约0.4Ω，电压表的量程为1.5/3.0/7.5Ｖ，每伏特电压的内阻约200Ω。如何选用电表量程，电表采用何种接法比较好？

答：（1）因为电源电压为6V，所以电压表量程应选择7.5V；又因为通过电阻的电流，所以电流表量程应选择150mA。

（2）由题意知、、，则

①

②

因为当时，应采用电流表内接法测量；当时，应采用电流表外接法测量。所以比较①②两式后可知电流表宜采用内接法。

3．如果低电阻的电势端钮与电流端钮搞错会产生什么现象？为什么？

答：在本实验中，若将待测低电阻的电势端钮与电流端钮接反，则测得的电压为待测低电阻和电流表的接触电阻上共有的，所测阻值比待测低电阻阻值要大。

实验四 热电偶温度计定标

【预习题】

1．什么叫温差电动势？它与哪些因素有关？

答：（1）两种不同的金属或合金，将其两端连接，形成闭合回路，当两连接点的温度不同时，回路中就会产生电动势，这样的电动势就叫温差电动势。

（2）温差电动势与这两种金属或合金材料及冷热端的温度有关。

【思考题】

1．保温杯内冰水混合物的温度是否处处为零？

答：保温杯内冰水混合物的温度理论上应该是处处为，但在实际实验中保温杯里冰水混合物与外环境有热交换，因而使得保温杯里的水不一定为处处零。

2．热电偶温度计有什么特点？

答：（1）热电偶温度计具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。

（2）由于热电偶将温度转化成电信号进行检测，使温度的测量、控制、以及对温度信号的放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。

实验六 薄透镜焦距的测定

【预习题】

1．本实验要求用那些方法测量凸透镜和凹透镜的焦距？

答：测量凸透镜焦距的三种方法，自准法、物距像距法、共轭法。测量凹透镜焦距的两种方法，视差法和物距像距法。

2．什么是共轴调节？共轴调整的要求是什么？达不到这些要求对测量有什么影响？

答：在用多个透镜做实验时，各个透镜应调节到有公共的主光轴，并且该主光轴应与导轨平行，这种调节称为共轴调节。共轴调节分为粗调和细调两个步骤。若达不到物点与透镜共轴等高，所成的像偏离主光轴，数据测量不准确。

3．用物距像距法测凹透镜焦距的实验中，对第一次凸透镜所成的像有什么要求？

答：第一次凸透镜所成的像，应为倒立缩小的实像。

【思考题】

1．物屏与像屏间的距离和时，分别会出现什么现象？试用数学表达式说明之。

答：物屏与像屏间的距离时，出现一个与物等大的像。时，不成像。证明如下：

2．如果凸透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测量它的焦距。

答：（1）辅助透镜法：加一个已知小焦距的凸透镜作为辅助透镜。（2）视差法：与教材测凹透镜方法相同。

实验七单摆设计

【思考题】

1．用秒表手动测量单摆周期时，从测量技巧上来考虑，应注意哪些方面才能使周期测得更准确些？

答：（1）注意定点观察，在摆线通过平衡位置时开、停秒表。

（2）适当增加单摆振动次数，及重复测量。

2．在室内天棚上挂一单摆，摆长很长无法用尺直接测出来，请设计用简单的工具和方法测量其摆长。

答：测出单摆振动的周期，查出本地重力加速度g，即可通过计算出摆长。

实验八 用直流电桥测量电阻

【预习题】

1．怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差？

答：可以交换和，进行换臂测量，这样最终，就与比例臂没有关系了。

【思考题】

1．改变电源极性对测量结果有什么影响？

答：在调节检流计平衡时，改变极性对未知电阻的测量没有影响。测量电桥灵敏度时，改变电源极性会改变指针偏转方向，但对偏转格数没有影响。总之，改变电源极性对测量结果没有影响。

2．影响单臂电桥测量误差的因素有哪些？

答：（1）电桥灵敏度的限制，（2）电阻箱各旋钮读数的准确度等级（3）电阻箱各旋钮的残余电阻（接触电阻）

第二篇：大物实验预习题与思考题答案周岚版

实验七单摆设计

【思考题】

1．用秒表手动测量单摆周期时，从测量技巧上来考虑，应注意哪些方面才能使周期测得更准确些？

答：（1）注意定点观察，在摆线通过平衡位置时开、停秒表。

（2）适当增加单摆振动次数，及重复测量。

2．在室内天棚上挂一单摆，摆长很长无法用尺直接测出来，请设计用简单的工具和方法测量其摆长。

答：测出单摆振动的周期，查出本地重力加速度g，即可通过计算出摆长。

实验八 用直流电桥测量电阻

【预习题】

1．怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差？

答：可以交换和，进行换臂测量，这样最终，就与比例臂没有关系了。

【思考题】

1．改变电源极性对测量结果有什么影响？

2．影响单臂电桥测量误差的因素有哪些？

答：（1）电桥灵敏度的限制，（2）电阻箱各旋钮读数的准确度等级（3）电阻箱各旋钮的残余电阻（接触电阻）

实验九 液体粘滞系数的测定

【预习题】

1．在一定的液体中，若减小小球直径，它下落的收尾速度怎样变化？减小小球密度呢？

答：在一定的液体中，小球下落的收尾速度与小球的质量和小球最大截面积有关。

即　　　　　　　　

化简后得：　　　　　

从上式可见，小球的收尾速度与小球半径和密度的平方根成正比，其中K为比例系数。

2．试分析实验中造成误差的主要原因是什么？若要减小实验误差，应对实验中哪些量的测量方法进行改进？

答：在实验中，小球的半径r和下落速度是对粘滞系数测量误差影响最大的两个因素。

（1）小球直径的测量：因为该量的绝对量值较小，如测量仪器选用不当或测量方法不当都会造成测量的相对误差较大。应选用规则的小球，小球直径尽量小些。测量仪器的精度要较高。如选用螺旋测微器，读数显微镜。

（2）的测量：的测量又决定于测量距离和t这两个量的测量。在可能的条件下，增加的量值是很重要的（即提高了本身测量精度，又提高了t的测量精度）；在t的测量中，秒表的启动和停止的判断果断，直接影响测量结果，实验前可进行训练。当然改进测量方法，如用光电计时装置，可提高t的测量的准确度。

（3）温度对液体的粘滞系数的影响极大，故在用一组小球测量液体粘滞系数时，在第一个小球下落前要测量一次液体温度，最后一个小球下落后又要测量一次液体温度，取其平均值为液体粘滞系数测量时的温度。

【思考题】

1．什么是粘滞阻力？

答：液体流动时，流速层间的内摩擦力与摩擦面积S、速度梯度成正比：或,比例系数称为粘滞系数。单位为帕斯卡·秒，用Pa·s表示。

2．什么是收尾速度？

答：做直线运动的物体所受合外力为“0”时所具有的速度。在这一时刻后物体将以“收尾速度”作匀速直线运动。

3．在实验中如何确定A、B两标线？

答：确定小球下落时合适的计时点（A点）十分必要，可根据小球由液面从静止状态开始下落的运动方程：来进行分析讨论。式中：浮力为为液体的密度；V为小球的体积）、粘滞阻力为。导出小球由液面从静止状态开始下落到合外力为“0”时的这距离h的计算公式：

为小球的密度，为液体的密度，为液体粘滞系数（可进行粗测，也可通过查表得到）。一般地计时起点的的位置（A点）在液面下方5㎝就能实现小球匀速下落。至于下标线B点的位置在保证离容器底部有一定距离情况下尽可能增大S的距离。

实验十 模拟法描绘静电场

【预习题】

1．用二维稳恒电流场模拟静电场，对实验条件有哪些要求？

答：（1）稳恒场中电极形状与被模拟的静电场的带电体几何形状相同。

（2）稳恒场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀，电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。

（3）模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

2．等势线与电场线之间有何关系？

答：等势线与电场线处处正交。

3．如果电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状是否变化？电场强度和电势分布是否变化？为什么？

答：电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状不变，但原先电势为U的等势线变为电势为2U的等势线。根据（10-9）、（10-10）可知，电场强度和电势分布变化：当r不变时，Ur→2Ur，Er→2Er。

【思考题】

1．出现下列情况之一时，用我们实验中所用装置画出的等位面和电力线形状有无变化？

（1）电源电压提高一倍；

（2）导电纸上的导电材料的导电率相同但厚度不同；

（3）电压表读数有比实际值大10%的系统性误差；

（4）电极边缘和导电纸接触不良；

（5）测量时电源电压不稳定，在缓慢增加。

答：等势面和电场线形状变化情况为：

（1）形状不变，但根据（10-9）可知，原先电势为Ur的等势线变为电势为2Ur的等势线。

（2）形状不变，根据（10-9）、（10-10）可知，Ur、Er与厚度t无关。

（3）形状不变，但根据（10-9）可知，所测电势为Ur的等势线实为电势为U的等势线。

（4）形状有变化，接触不好导致电极的有效形状不再是圆形或圆环形。

（5）形状有变化，对于同一电势来说，后测量的点所测出的等势线电势半径将逐渐减小。

2．怎样由测得的等位线描绘电力线？电力线的疏密和方向如何确定？将极间电压的正负交换一下，实验得到的等位线会有变化吗？

答：见图所示。电场线的疏密由等势线的疏密确定，等势线密的地方电场线也密。电场线的方向由正电位指向负电位。如果将极间电压正负极交换一下，得到的等势线将会发生变化。原来电势高的等势线将变成电势低的等势线，相反原来电势低的等势线将变成电势高的等势线。

实验十一 液体表面张力系数的测定

【预习题】

1．如何装配及使用焦利氏秤？

答：（1）安装好弹簧，小镜及玻璃管并初步调好他们之间的相互位置后，调正三足底座上的底脚螺丝，使立管处于铅直状态。此时，小镜在玻璃管内与玻璃管内壁应不触碰。

（2）调节旋钮时要平稳，视线平视，做到“三线对齐”。

【思考题】

1．为什么在拉液膜的过程中始终保持“三线合一”？

答：普通弹簧秤是上端固定，加负载后向下伸长，而焦利氏秤是控制弹簧的下端的位置不变，加负载后，弹簧伸长，调节旋钮，使“三线合一”保证了下端位置不变，相当于弹簧向上拉伸，由标尺和游标确定弹簧伸长量。

2．测金属丝框的宽度L时应测它的内宽还是外宽？为什么？

答：应测外宽，因为表面张力与液膜周界成正比，而金属丝框形成的液膜其周界为外侧宽度。

3．若空立管不垂直，对测量有什么影响？试做定性分析。

答：如图所示： θ

(1) 中空立柱垂直时：

设弹簧在受垂直力mg时伸长量为，受水的表面张力时的

伸长量为

（2）中空立柱不垂直时（与垂直方向有夹角θ）：　 θ

弹簧在受垂直力mg时伸长量仍为，但中空立柱的伸长量

则为=

受水的表面张力时的伸长量仍为，但相应的中空立柱的 ′ θ

伸长量则为=

垂直时

　　　===

不垂直时

=； ===

从三角形的几何关系可知：　　　=；

所以=。故对测量结果无影响。

实验十三 拉伸法测金属丝的扬氏弹性摸量

【预习题】

1．如何根据几何光学的原理来调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系？如何调节望远镜？

答：（1）根据光的反射定律分两步调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系。第一步：调节来自标尺的入射光线和经光杠杆镜面的反射光线所构成的平面大致水平。具体做法如下：①用目测法调节望远镜和光杠杆大致等高。②用目测法调节望远镜下的高低调节螺钉，使望远镜大致水平；调节光杠杆镜面的仰俯使光杠杆镜面大致铅直；调节标尺的位置，使其大致铅直；调节望远镜上方的瞄准系统使望远镜的光轴垂直光杠杆镜面。第二步：调节入射角（来自标尺的入射光线与光杠杆镜面法线间的夹角）和反射角（经光杠杆镜面反射进入望远镜的反射光与光杠杆镜面法线间的夹角）大致相等。具体做法如下：沿望远镜筒方向观察光杠杆镜面，在镜面中若看到标尺的像和观察者的眼睛，则入射角与反射角大致相等。如果看不到标尺的像和观察者的眼睛，可微调望远镜标尺组的左右位置，使来自标尺的入射光线经光杠杆镜面反射后，其反射光线能射入望远镜内。

（2）望远镜的调节：首先调节目镜看清十字叉丝，然后物镜对标尺的像（光杠杆面镜后面2D处）调焦，直至在目镜中看到标尺清晰的像。

2．在砝码盘上加载时为什么采用正反向测量取平均值的办法？

答：因为金属丝弹性形变有滞后效应，从而带来系统误差。

【思考题】

1．光杠杆有什么优点？怎样提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度？

答：（1）直观、简便、精度高。

（2）因为，即，所以要提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度，应尽可能减小光杠杆长度（光杠杆后支点到两个前支点连线的垂直距离），或适当增大D（光杠杆小镜子到标尺的距离为D）。