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T ，查出本地重力加速度g ，即可通过g

l T π2=计算出摆长l 。

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0R 和x R ，进行换臂测量，这样最终'00R R R x ?=，

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）

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 23234r r K r V K s m K

v ππρπρ?==＝收尾 化简后得： ρr K v 32＝收尾

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 和下落速度收尾v 是对粘滞系数η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）收尾v 的测量：收尾v 的测量又决定于测量距离S 和t 这两个量

的测量。在可能的条件下，增加S 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f 与摩擦面积S 、速度梯度dr

dv 成正比：dr dv S f ∝或dr dv S f η=,比例系数η称为粘滞系数。单位为帕斯卡·秒，用P a ·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：ma

f V

g mg =--0ρ来进行分析讨论。式中：浮力为00(ρρVg 为液体的密度；V 为小球的

体积）、粘滞阻力为f 。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：

)1(1011.122

44ρ

ρηρ'-??=r h ρ为小球的密度，/ρ为液体的密度，η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

10U的等势线。

等势线实为电势为

11

（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：'

?

2l 设弹簧在受垂直力mg 时伸长量为1l ?，受水的表面张力时的2l ? 伸长量为2l ? （2） 中空立柱不垂直时（与垂直方向有夹角θ）：'

?1l θ 1l ? 弹簧在受垂直力mg 时伸长量仍为1l ?，但中空立柱的伸长量则为'?1l = θ

cos 1l ?受水的表面张力时的伸长量仍为2l ? ，但相应的中空立柱的0l ′

θ 0l 伸长量则为'?2l =θcos 2l

?

垂直时

1l mg

K ?= α=L l K 22??=L l l mg 221

???=12

2l l L mg ???

不垂直时

1l mg

K ?==θcos 1?'?l mg ；

α'=L

l K 22??=L l l mg 2cos cos 21???

??????'???'?θθ=122l l L mg '?'?? 从三角形的几何关系可知： 12l l ??='?'?1

2l l ； 所以α=α'。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

D x b L 2?=?，即b

D L x 2=??，所以要提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度L x ??，应尽可能减小光杠杆长度b （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 ）。

2．如果实验中操作无误，得到的数据前一两个偏大，这可能是什么原因，如何避免？

答：可能是因为金属丝有弯曲。避免的方法是先加一两个发码将金属丝的弯曲拉直。

3．如何避免测量过程中标尺读数超出望远镜范围？

答：开始实验时，应调节标尺的高低，使标尺的下端大致与望远镜光轴等高，这样未加砝码时从望远镜当中看到的标尺读数接近标尺的下端，逐渐加砝码的过程中看到标尺读数向上端变化。这样就避免了测量过程中标尺读数超出望远镜范围。

实验十四 冰的熔解热的测定

【思考题】

1．设计一实验，通过实验的方法测定量热器的水当量。

答：用混合法，将质量分别为1m 、2m ，温度分别为1t 、2t 的两

份水放入量热器里混合，热平衡方程式

)())((2211t T cm T t w W m c -=-++，式中c

m c W 00=为量热器的水当量（0m 、0c 分别为量热器的质量和材料的比热容），w 为温度计的水当量，c 为水的比热容，测出各温度和质量即可求出W 。

2．为了减小实验误差，操作时应注意哪些问题？

答：（1）在测量量热器质量时注意使量热器干燥。

（2）加入热水的温度不超过室温10℃，水量为量热器的

五分之二

（3）加冰前读出热水的温度

（4）冰块大小合适，应该是熔化的冰，但表面用纸吸干水。

（5）加冰后搅动冰块，仔细观察混合后混度的变化，读出最低温度。