大学物理实验(第二版)苏大版课后思考题及预习题答题演示教学

大学物理实验(第二版)苏大版课后思考题及

预习题答题

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y ，游

标上的刻度间距为x ，x 比y 略小一点。一般游标上的n 个刻度间距等于主尺上(n -1)个刻度间距，即

y n nx )1(-=。由此可知，游标上的刻度间距与主尺上刻度间距相差n

1,这就是游标的精度。 教材P33图1-2所示的游标卡尺精度为mm 50

1,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(ο360)，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'30。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130

03'=' ，图示角度为ο149'45 。

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：

2

)()(1212z z x x R ---= 则修正面积为：

222)4()2(R R R S ππ-=-=?

图1 图2

实验二 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AC R 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R 两端电压最小，确保安全。以后逐步调节分压器电阻，使R 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

mA A R V I 12012.050

6====，所以电流表量程应选择150mA 。 （2）由题意知Ω=50X R 、Ω=4.0A R 、Ω=?=15005.7200V R ，则

1254

.050==A x R R A x R R 125= ① 3050

1500==x V R R x V R R 30= ② 因为当A X R R >>时，应采用电流表内接法测量；当V X R R <<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。

实验七 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）

实验八 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 Vg 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。

实验九模拟法描绘静电场

【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。

10U的等势线。

（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

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”？