最新大学物理实验教材课后思考题答案
大学物理实验课后思考题全解

实验一霍尔效应及其应用【预习思考题】1.列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。
霍尔系数,载流子浓度,电导率,迁移率。
2.如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型?以根据右手螺旋定则,从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压为正,则样品为P型,反之则为N型。
3.本实验为什么要用3个换向开关?为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电流及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。
总之,一共需要3个换向开关。
【分析讨论题】1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5)测出的霍尔系数比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行?若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小。
要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B 和霍尔器件平面的夹角。
2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源?误差来源有:测量工作电流的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。
实验二声速的测量【预习思考题】1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定?答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。
在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。
若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。
大物实验思考题答案.

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。
大学物理实验 部分思考题答案

实验八用拉脱发测定液体的表面张力系数1.对公式, 是要在水面与金属表面的接触角趋于0时满足的, 即在金属框恰好脱离液体前。
公式中的重力是金属框和它所粘附的液体的总重量, 但在公式中我们忽略了水对框架的浮力和水膜的重量。
2.“三线对齐”是因为朱利秤的下端是固定的,上端为自由端,因而我们在用朱利秤测量弹簧的伸长时也要固定弹簧的下端,这样才能在朱利秤上读到弹簧的伸长量。
“三线对齐”中的三线是指小镜子上的水平线和玻璃罐上的水平线以及玻璃罐上的水平线在小镜子里成的像。
实验十牛顿环干涉现象的研究和测量思考题1.牛顿环实验中, 假如平玻璃板上有微小的凸起, 则凸起处空气薄膜厚度变小, 这时的牛顿环是局部外凸的, 因为在平玻璃板上的突起位置的空气薄膜厚度变小, 此点的光程差也就变小, 那么此级暗条纹的光程差都要比该点的大, 因而该级暗条纹就会饶向外面一级的位置, 这时表现出此暗条纹就要外凸。
2.用白光照射时,我们是可以看到牛顿环干涉条纹的,而且是以赤橙黄绿蓝靛紫这样的顺序依次排列,只是在偏离中心位置越远,条纹级数之间会重叠越厉害。
实验十二迈克耳逊干涉仪数据处理参见P19的内容。
思考题1. 图形见书P115。
2.所以条纹变密。
实验十三超声波在空气中传播速度的测定数据处理中相对误差的有效位数参见P19的内容。
思考题1.因为在测量过程中, 我们要想在两个换能器之间形成驻波, 就一定要求S1发出的波和经S2发射的波是同频率, 同振幅, 而且是传播方向相反并在一条直线上, 这就要求两个换能器的发射面要保持相互平行。
2.略。
3.用“逐差法”处理数据是为了更充分地,最大限度地利用所测得的数据,保持多次测量的优点,减少测量误差。
实验十四密立根油滴实验数据处理表格1中最后要求的量是表格中的量求了平均以后的值, 比如量中的应该是对表格中的求5次测量的平均值。
而这其中的相对误差的表示参见P19。
思考题1.选择平衡点压在250V左右, 新仪器在12s-24s时间内匀速下降1.6mm的油滴(旧仪器在15s-30s时间内匀速下降2mm的油滴)的原因是在这个范围内的油滴体积不大, 带的电量也不是很多, 因而在下降时的速度不是很快, 下降的时间就比较容易测准确, 而且这样的油滴也不是很小, 不会因为太小而作布朗运动。
大学物理实验思考题解答

大学物理实验思考题解答用霍耳法测螺线管的磁场[思考题] 一、填空题1、霍耳效应是由于在磁场是受到力的作用而产生的。
霍耳电压的大小与和成正比,霍耳电场方向为的方向。
2、实验公式B=式中各符号代表的物理意义是:B为;VH为;KH为;I为,又称为。
3、用霍耳效应测量螺线管的磁感应强度,为了减少或消除各种副效应带来的误差,通常采用的方法是改变和中的电流,保持和中的电流,用四次测量霍耳电压的之平均值,做为被测霍耳电压的平均值。
4、如果霍耳元件中的灵敏度KH已知,利用VH=KH・I・B来测定未知磁场B,在确定的和条件下,实际测出的P、S两端的电压V,不仅包括还应包括。
5、在霍耳元件测磁场中,改变控制电流I的方向时要扳动;改变磁场方向时要扳动,测量霍耳电压,电位差计调RX总不能使检流计光标指零时要扳动,线路没有其它问题。
二、选择题1、利用霍耳效应测量磁感强度,这种实验方法属于() A、比较法;B、模拟法;C、转换测量法;D、放大法。
2、霍耳电压的计算公式VH=KH・I・B要求霍耳元件平面必须与被测磁场垂直,否则测出的VH将()A、变大;B、变小;C、不变;D、不定。
3、在测量霍耳电压中,假定已测过V1(+I,+B)后,测V2(-I,+B)要改变霍耳元件中的控制电流方向,应将换向开关()A、 K1换向;B、K2换向;C、K3换向;D、K1、K2都换向。
三、问答题 1、霍耳元件测螺线管磁场实验电路图中由哪几个回路组成?它们的共同点是什么?由三个回路组成:(1)霍耳电流供电回路;(2)螺线管磁场励磁电流供电回路;(3)霍耳电压测试回路。
它们各回路的共同点是:每个回路都有一个双刀双掷的换向开关,以它为中心组成各回路。
参考答案一、填空题1、运动电荷;洛仑兹;工作电流I;磁感应强度B;B×V。
2、霍耳元件所在处螺线管内磁感应强度;霍耳电压,即霍耳片上四次测试霍耳电压的代数和的平均值;霍耳元件灵敏度;加在霍耳片上的工作电流;霍耳电流或控制电流。
《大学物理实验》第一册习题与思考题

《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=C 0.001730±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±0.001cm B=13.2487±0.0001cm C=161.25±0.01cm D=1.3242±0.0001cm6.一圆柱体的直径为(2.14±0.02)厘米,求其横截面积。
大学物理实验思考题和分析题答案

为节省大家时间,特从网上搜相关答案供大家参考!〔按咱做实验顺序〕2.用模拟法测绘静电场【预习思考题】1.用电流场模拟静电场的理论依据是什么?模拟的条件是什么?用电流场模拟静电场的理论依据是:对稳恒场而言,微分方程及边界条件唯一地决定了场的构造或分布,假设两种场满足一样的微分方程及边界条件,那么它们的构造也必然一样,静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式一样的微分方程,只要使他们满足形式一样的边界条件,那么两者必定有一样的场构造。
模拟的条件是:稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状一样;稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀,并满足σ极>>σ介以保证电流场中的电极〔良导体〕的外表也近似是一个等势面;模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件一样。
2.等势线和电场线之间有何关系?等势线和电场线处处相互垂直。
3.在测绘电场时,导电微晶边界处的电流是如何流动的?此处的电场线和等势线与边界有什么关系?它们对被测绘的电场有什么影响?在测绘电场时,导电微晶边界处的电流为0。
此处的电场线垂直于边界,而等势线平行于边界。
这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形,不能表现出电场在无限空间中的分布特性。
【分析讨论题】1.如果电源电压增大一倍,等势线和电场线的形状是否发生变化?电场强度和电势分布是否发生变化?为什么?如果电源电压增大一倍,等势线和电场线的形状没有发生变化,但电场强度增强,电势的分布更为密集。
因为边界条件和导电介质都没有变化,所以电场的空间分布形状就不会变化,等势线和电场线的形状也就不会发生变化,但两电极间的电势差增大,等势线的分布就更为密集,相应的电场强度就会增加。
2.在测绘长直同轴圆柱面的电场时,什么因素会使等势线偏离圆形?测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形,可能的原因有:电极形状偏离圆形,导电介质分布不均匀,测量时的偶然误差等等。
3.从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看,测得的等势线半径和理论值相比是偏大还是偏小?有哪些可能的原因导致这样的结果?⑴偏大,可能原因有电极直径测量偏大,外环电极外表有氧化层产生附加电阻,电压标示器件显示偏大等;⑵偏小,可能原因有电极直径测量偏小,中心电极外表有氧化层产生附加电阻,电压标示器件显示偏小等。
物理实验思考题答案

1、电磁感应【Q】在实验中我们发现,旋转的铝盘会对磁铁产生牵引力,发过来磁铁也会对铝盘有一个反作用力〔磁阻尼力〕,这个阻尼力会影响实验精度吗?【A】并不会影响实验精度,且铝盘会以一个恒定的频率在转动!原因:步进电机的工作原理,是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
因此,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响。
【Q】大家是否发现在我们这个实验中,铝盘上面挖了六个小孔,你们认为这些小孔会对牵引力产生影响吗?【A】小孔会对牵引力产生影响,牵引力相比没孔的铝盘会变小;每一根铝丝两端都会产生感应电动势,铝盘就相当于多个电源的并联,但是由于小孔的存在,产生的电流可能不稳定,牵引力会有小幅波动,但是小孔并不是改变磁通量的“罪魁祸首【Q】测量磁悬浮力或牵引力时,永磁体的位置对结果有什么影响?比方正对着铝盘圆心与偏离角度的区别;还有永磁体靠近铝盘中心时所受的力与磁体位于铝盘边缘时相比,大小如何?【A】做了几次试验,发现当磁铁在盘内较大距离时力不大,到盘边时较大,远离盘后减小。
可推知力与磁铁到盘中心的距离是一个单峰的函数,有水平渐近线。
【Q】大家想一下,如果那个轴承完全无摩擦,那么它的转速会无限增大吗?【A】【Q】如何改良??【A】此实验的磁悬浮力和磁牵引力装置应增加一个角度指针,因为我们在做距离和力的大小的关系试验中,每次都要将测力器杆取出,然后重新固定,这当中是不是会因为角度的不同产生较大的误差呢?所以可以增加一个角度小指针,来校正测力杆放置的方向,减免误差我们是准备加一个升降装置的,最好带刻度的。
1.测量磁悬浮传动系统的轴承转速时,测得的转速不是很稳定,而转速的测定时以一定时间内通过轴承的光束的个数为依据的。
所以我建议增加轴承上计数孔的个数,这样测得的数目会增多,可以减小不稳定因素的干扰,所得读数会相对集中一些。
2.我做实验时的传感器支架稳定性不好,每次垫一个垫片测磁牵引力和磁悬浮力时,旋转的铝盘很容易擦到永磁铁。
大学物理实验思考题答案及解析

大学物理实验思考题答案及解析实验四、波器及其应用1.在示波器状况良好的情况下,荧光屏看不见亮点,怎样才能找到亮点?显示的图形不清晰怎么办?首先将亮点旋钮调至适中位置,不宜过大,否则损坏荧光屏,也不宜聚焦。
在示波器面板上关掉扫描信号后(如按下x-y键),调节上下位移键或左右位移键。
调整聚焦旋钮,可使图形更清晰。
2.如果正弦电压信号从Y轴输入示波器,荧光屏上要看到正弦波,却只显示一条铅直或水平直线,应该怎样调节才能显示出正弦波?如果是铅直直线,则试检查x方向是否有信号输入。
如x-y键是否弹出,或者(t/div)扫描速率是否在用。
如果是水平直线,则试检查y方向是否信号输入正常。
如(v/div)衰减器是否打到足够档位。
3.观察正弦波图形时,波形不稳定时如何调节?调节(t/div)扫描速率旋钮及(variable)扫描微调旋钮,以及(trig level)触发电平旋钮。
4.观察李萨如图形时,如果只看到铅直或水平直线的处理方法?因为李萨如图形是由示波器x方向的正弦波信号和y方向的正弦波信号合成。
所以,试检查CH1通道中的(v/div)衰减器旋钮或CH2通道中的(v/div)衰减器旋钮。
5.用示波器测量待测信号电压的峰-峰值时,如何准确从示波器屏幕上读数?在读格数前,应使“垂直微调”旋到CAL处。
建议用上下位移(position)旋钮将正弦波的波峰或波谷对齐某一横格再数格数,就不会两头数格时出现太大的误差。
6.用示波器怎样进行时间(周期)的测量?在读格数前,应使“垂直微调”旋到CAL处。
根据屏幕上x轴坐标刻度,读得一个周期始末两点间得水平距离(多少div),如果t/div档示值为0.5ms/div,则周期=水平距离(div)×0.5ms/div。
7.李萨如图形不稳定怎么办?调节y方向信号的频率使图形稳定。
实验六、霍尔效应(Hall Effect)1、实验过程中导线均接好,开关合上,但Vh无示数,Im和Is示数正常,为什么?(1) Vh组的导线可能接触不良或已断。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
大学物理实验教材课后思考题答案一、转动惯量:1.由于采用了气垫装置,这使得气垫摆摆轮在摆动过程中受到的空气粘滞阻尼力矩降低至最小程度,可以忽略不计。
但如果考虑这种阻尼的存在,试问它对气垫摆的摆动(如频率等)有无影响?在摆轮摆动中,阻尼力矩是否保持不变?答:如果考虑空气粘滞阻尼力矩的存在,气垫摆摆动时频率减小,振幅会变小。
(或者说对频率有影响,对振幅有影响)在摆轮摆动中,阻尼力矩会越变越小。
2.为什么圆环的内、外径只需单次测量?实验中对转动惯量的测量精度影响最大的是哪些因素?答:圆环的内、外径相对圆柱的直径大很多,使用相同的测量工具测量时,相对误差较小,故只需单次测量即可。
(对测量结果影响大小)实验中对转动惯量测量影响最大的因素是周期的测量。
(或者阻尼力矩的影响、摆轮是否正常、平稳的摆动、物体摆放位置是否合适、摆轮摆动的角度是否合适等)3.试总结用气垫摆测量物体转动惯量的方法有什么基本特点?答:原理清晰、结论简单、设计巧妙、测量方便、最大限度的减小了阻尼力矩。
三、混沌思考题1.精品文档有程序(各种语言皆可)、K值的取值范围、图 +5分有程序没有K值范围和图 +2分只有K值范围 +1分有图和K值范围 +2分2.(1).混沌具有内在的随机性:从确定性非线性系统的演化过程看,它们在混沌区的行为都表现出随机不确定性。
然而这种不确定性不是来源于外部环境的随机因素对系统运动的影响,而是系统自发精品文档精品文档产生的(2).混沌具有分形的性质(3).混沌具有标度不变性(4).混沌现象还具有对初始条件的敏感依赖性:对具有内在随机性的混沌系统而言,从两个非常接近的初值出发的两个轨线在经过长时间演化之后,可能变得相距“足够”远,表现出对初值的极端敏感,即所谓“失之毫厘,谬之千里”。
答对2条以上+1分,否则不给分,只举例的不给分。
四、半导体PN 结(1)用集成运算放大器组成电流一电压变换器测量11610~10--A 电流,有哪些优点?答:具有输入阻抗低、电流灵敏度高、温漂小、线性好、设计制作简单、结构牢靠等优点。
(2)本实验在测量PN 结温度时,应该注意哪些问题?答:在记录数据开始和结束时,同时都要记录下干井中温度θ,取温度平均值θ。
(3)在用基本函数进行曲线拟合求经验公式时,如何检验哪一种函数式拟合得最好,或者拟合的经验公式最符合实验规律?答:运用最小二乘法,将实验数据分别代入线性回归、指数回归、乘幂回归这三种常用的基本函数,然后求出衡量各回归方程好坏的拟合度R 2。
拟合度最接近于1的函数,拟合得最好。
五、地磁场(1)磁阻传感器和霍耳传感器在工作原理有什么区别?答:前者是磁场变化引起材料阻值变化,最终使得电桥外接电压转变为对应的输出电压;后者是磁场变化引起流经材料内部的载流子发生偏转而产生电压。
(2)为何坡莫合金磁阻传感器遇到较强磁场时,其灵敏度会降低?用什么方法来恢复其原来的灵敏度?答:传感器遇到强磁场感应时,对应的磁阻材料将产生磁畴饱和现象,外加磁场很难改变磁阻材料的精品文档阻值,所以传感器灵敏度会降低。
方法是:在硅片上设计两条铝制电流带,一条是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,可用此来置位或复位极性;另一条是偏置磁场带,用于产生一个偏置磁场,补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时,磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系),使磁阻传感器输出显示线性关系。
(或者按复位键)六、牛顿环1. 利用透射光观测牛顿环与用反射光观测会有什么区别?答:干涉条纹明暗互补,即,在透射方向观察因不存在半波损失,仍会观察到亮暗相间的同心圆环干涉条纹,但亮暗正好与在反射方向观察互补!2. 测量暗环直径时,叉丝交点没有通过环心,因而测量的是弦而非直径,对实验结果是否有影响?为什么? 答:222δ+=k k l r2222nm n m l l r r -=-所以,没有影响,圆环直径的平方差等于对应的弦的平方差。
为什么由平凸透镜和平板玻璃形成的牛顿环离中心越远,条纹越密? 答:第k 级暗环的半径λkR r k=λλkR R k r -+=∆)1(精品文档条纹间距所以随着环数增加,条纹越密七、麦克尔逊干涉仪1.测He-Ne 激光波长时,微调手轮始终只能朝一个方向转动,为什么? 答:防止引入空程差。
2.为什么M 1与'2M 必须完全平行时,才能见到一组同心的圆形干涉条纹?如果M 1与'2M 不平行,将出现什么样的干涉条纹?答:当M 1和M 2′平行,设M 1和M 2′距离为d ,面光源上某点发出的光线以相同的入射角i 入射,经反射)1(k k R -+=λkk R ++=11λ↓∆↑r k精品文档后,相干光1、2的光程差i d cos 2=∆。
由上式可知,当d 一定时,光程差仅与入射角有关,即具有同一入射角i 的光束所形成的是光程差相同的同级条纹。
在整个干涉区域内,不同倾角的光束可形成以E 为圆心的一组明暗相间的同心圆环。
当M 1、M 2′不再平行而是有微小夹角ϕ、且M 1和M 2′之间形成的楔形空气层较薄时,会形成等厚干涉条纹。
如果入射角θ很小,光束近于垂直入射时,cos θ=1-θ2/2 ,故Δ=22(12)d θ-=22d d θ-,在 M 1、M 2′相交处,d =0,光程差为0 ,出现中央直条纹;而在两镜面交线附近,d θ2远比λ要小,故可忽略,则Δ的变化主要取决于厚度d 的变化。
所以,在楔形空气层上厚度相同的地方,光程差也相同,将出现一组平行于两镜面交线的直线,这就是等厚干涉条纹;当厚度d 变大时,d θ2可以与λ比较,此时Δ既决定于d 又与θ有关,这时得到的干涉条纹将随角θ的增大逐渐发生弯曲,凸向两镜交线,此时已不再是等厚干涉条纹。
3.对定域干涉和非定域干涉观察方法有何不同?答:非定域干涉在光场中任何位置都可看到干涉条纹,定域干涉只能在某些特定的区域(无穷远或透镜焦平面处)观察到干涉条纹。
4.点光源照射时看到的干涉图与牛顿环实验中看到的干涉图从现象上看有什么共同之处?从本质上看有什么共同之处、有什么不同之处?答:从现象上看都是同心圆环状的干涉条纹,内疏外密。
从本质上看都是分振幅法产生的干涉图像,迈克尔是等倾干涉,级次内高外低;牛顿环是等厚干涉,级次内低外高。
5.测量石英晶片厚度时,为什么必须用白光而不用单色光?白光干涉条纹在没有补偿板的情况下能否调出来?答:白光相干长度特别小,只有当光程差几乎为零时才发生干涉,加入石英晶片后光路2的光程改变了,只有光路2的长度改变使光程差再次相等时才能再次出现干涉条纹。
如果用其他光,比如激光,由于激光的相干长度较大,即使光程差不相等,光程差不为零,也能出现干涉条纹,公式4.16.8中的d 就不准确,精品文档不能用来计算晶片厚度。
从光的单色性和相干性(相干长度)好坏考虑。
Na 光和He —Ne 激光单色性好,相干长度较大,没有补偿板P2,移动M1,加大M1和M2/间的距离仍能产生干涉,干涉条纹不会重叠,仍可观察。
但白光单色性差,分出的两束光只有在δ≈0时,才能看到彩色干涉条纹,在δ稍大时,不同波长的干涉条纹会互相重叠,使光强趋于均匀,彩色干涉条纹会消失。
不能调出来。
6.空气折射率与压强有关,真空时的折射率为1,标准大气压时空气折射率为n ,请提出设计方案,用迈克尔孙干涉仪测量空气折射率。
答: 实验原理:从光源S 发出的一束光,在分束镜G 的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。
光束1从G 反射出后投向M 1镜,反射回来再穿过G ;光束2投向M 2镜,经M 2镜反射回来再通过G 膜面上反射。
于是,反射光束1与透射光束2在空间相遇,发生干涉。
由图1可知,迈克尔逊干涉仪中,当光束垂直入射至M 1、M 2镜时,两束光的光程差δ为2M图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图精品文档)(22211L n L n -=δ (1)式中,1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。
设单色光在真空中的波长为λ,当,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ (2)时干涉相长,相应地在接收屏中心的总光强为极大。
由式(1)知,两束相干光的光程差不但与几何路程有关,还与路程上介质的折射率有关。
当1L 支路上介质折射率改变1n ∆时,因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为N 。
由(1)式和(2)式可知112L N n λ=∆ (3) 例如:取nm 0.633=λ和mm L 1001=,若条纹变化10=N ,则可以测得0003.0=∆n 。
可见,测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N ,就能测出光路中折射率的微小变化。
正常状态(Pa P C t 51001325.1,15⨯==)下,空气对在真空中波长为nm 0.633的光的折射率00027652.1=n ,它与真空折射率之差为410765.2)1(-⨯=-n 。
用一般方法不易测出这个折射率差,而用干涉法能很方便地测量,且准确度高。
实验装置精品文档实验装置如图2所示。
用He-Ne 激光作光源(He-Ne 激光的真空波长为nm 0.633=λ), 并附加小孔光栏H 及扩束镜T 。
扩束镜T 可以使激光束扩束。
小孔光栏H 是为调节光束使之垂直入射在M 1、M 2镜上时用的。
另外,为了测量空气折射率,在一支光路中加入一个玻璃气室,其长度为L 。
气压表用来测量气室内气压。
在O 处用毛玻璃作接收屏,在它上面可看到干涉条纹。
测量方法调好光路后,先将气室抽成真空(气室内压强接近于零,折射率1=n ),然后再向气室内缓慢充气,此时,在接收屏上看到条纹移动。
当气室内压强由0变到大气压强p 时,折射率由1变到n 。
若屏上某一点(通常观察屏的中心)条纹变化数为N ,则由式(3)可知LN n 21λ+= (4) 但实际测量时,气室内压强难以抽到真空,因此利用(4)式对数据作近似处理所得结果的误差较大。
应采用下面的方法才比较合理。
理论证明,在温度和湿度一定的条件下,当气压不太大时,气体折射率的变化量n ∆与气压的变化量p ∆成正比:常数=∆∆=-pnp n 1 所以p pn n ∆∆+=1 (5)将(3)式代入该式,可得ppL N n ∆+=21λ (6)2O图2 测量空气折射率实验装置示意图打气球精品文档精品文档式(6)给出了气压为p 时的空气折射率n 。
可见,只要测出气室内压强由1p 变化到2p 时的条纹变化数N ,即可由式(6)计算压强为p 时的空气折射率n ,气室内压强不必从0开始。
例如,取p =760mmHg ,改变气压p 的大小,测定条纹变化数目N ,用(6)式就可以求出一个大气压下的空气折射率n 的值。
实验步骤1、 按实验装置示意图把仪器放好。
打开激光光源。
2、 调节光路光路调节的要求是:M 1、M 2两镜相互垂直;经过扩束和准直后的光束应垂直入射到M 1、M 2的中心部分。