大学物理实验思考题
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

力学和热学电磁学光学近代物理1. 是否可以测摆动一次的时间作周期值?为什么?答:不可以。
因为一次测量随机误差较大,多次测量可减少随机误差。
2. 将一半径小于下圆盘半径的圆盘,放在下圆盘上,并使中心一致,讨论此时三线摆的周期和空载时的周期相比是增大、减小还是不一定?说明理由。
答:当两个圆盘的质量为均匀分布时,与空载时比较,摆动周期将会减小。
因为此时若把两盘看成为一个半径等于原下盘的圆盘时,其转动惯量I0小于质量与此相等的同直径的圆盘,根据公式(3-1-5),摆动周期T0将会减小。
3. 三线摆在摆动中受空气阻尼,振幅越来越小,它的周期是否会变化?对测量结果影响大吗?为什么?答:周期减小,对测量结果影响不大,因为本实验测量的时间比较短。
实验2 金属丝弹性模量的测量1. 光杠杆有什么优点,怎样提高光杠杆测量的灵敏度?答:优点是:可以测量微小长度变化量。
提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离b,可以提高灵敏度,因为光杠杆的放大倍数为2D/b。
2. 何谓视差,怎样判断与消除视差?答:眼睛对着目镜上、下移动,若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移,这种现象叫视差,细调调焦手轮可消除视差。
3. 为什么要用逐差法处理实验数据?答:逐差法是实验数据处理的一种基本方法,实质就是充分利用实验所得的数据,减少随机误差,具有对数据取平均的效果。
因为对有些实验数据,若简单的取各次测量的平均值,中间各测量值将全部消掉,只剩始末两个读数,实际等于单次测量。
为了保持多次测量的优越性,一般对这种自变量等间隔变化的情况,常把数据分成两组,两组逐次求差再算这个差的平均值。
实验三,随即误差的统计规律1. 什么是统计直方图? 什么是正态分布曲线?两者有何关系与区别?答:对某一物理量在相同条件下做n次重复测量,得到一系列测量值,找出它的最大值和最小值,然后确定一个区间,使其包含全部测量数据,将区间分成若干小区间,统计测量结果出现在各小区间的频数M,以测量数据为横坐标,以频数M为纵坐标,划出各小区间及其对应的频数高度,则可得到一个矩形图,即统计直方图。
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。
大学物理实验教程预习思考题,分析讨论题答案

大学物理实验教程预习思考题,分析讨论题答案大学物理实验教程预习思考题,分析讨论题答案大学物理实验第一季1.用电流场演示静电场的理论依据就是什么?演示的条件就是什么?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结构或分布,若两种场满足相同的微分方程及边界条件,则它们的结构也必然相同,静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程,只要使他们满足形式相同的边界条件,则两者必定有相同的场结构。
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相同;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)的表面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相同。
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就是如何流动的?此处的电场线和等势线与边界存有什么关系?它们对被测绘的电场存有什么影响?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.如果电源电压减小一倍,等势线和电场线的形状与否发生变化?电场强度和电势原产与否发生变化?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出的等势线偏移圆形,可能将的原因存有:电极形状偏移圆形,导电介质原产不光滑,测量时的偶然误差等等。
《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。
大学物理实验报告思考题答案

大学物理实验报告思考题答案【篇一:大学物理实验思考题答案及解析】>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?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。
仔细检查导线与开关连接以及导线是否完好正常。
(2)vh的开关可能接触不良。
反复扳动开关看是否正常。
(3)可能仪器的显示本身有问题。
大学物理实验思考题解答

衍射光栅的研究[预习思考题]:1.分光计要调整到什么状态?2.写出光栅方程,并说明各量的物理意义?3.光栅方程成立的条件是什么?在实验中如何使这一条件得到满足? 答:dsin θ=k λ成立的条件是:平行光垂直入射。
在实验中,要调节好分光计的平行光管使其发出平行光。
为使入射的单色平行光垂直入射到光栅平面上,必须使光栅平面反射回的十字像的竖线与分划板调整叉丝竖线及零级衍射线(白线)重合。
4.什么是光栅常数?表征光栅特征的参数除了d 外,还有哪几个?如何进行测量?答:表征光栅特征的参数除了光栅常数d 外,还有光栅的角色散率ψ=d ϕd λ=k dcos ϕk 和光栅的分辨率本领 R =λ∆λ=kN (实际值小于理论估计值KN )。
在垂直入射条件下,只要测出光栅常数d 、光谱级数k 和与之相应的ϕk ,就可以求出光栅的角色散率ψ。
若测出光栅常数d 、光谱级数k 和暴露在入射光束中的光栅宽度L ,就可以求出光栅的分辨本领R =kN =k L d5.如果平行光与光栅平面成θ角,如何测光栅常数d ?答:如果单色平行光以光栅平面成θ角入射,则单色平行光与光栅法线夹角为α=90-θ,则光栅方程为:d(sin ϕ±sin α)=k λ (k=0、±1、±2…)式中“+”号表示ϕ与α在光栅法线同侧,“-”号表示在异侧。
设ϕ1、ϕ2分别是光栅法线两侧的衍射角,对第一级光谱线k=1,有sin ϕ2+sin α=λ/d, sin ϕ1-sin α=λ/d.将上两式相加,得sin ϕ1+sin ϕ2=2λ/dd=2λ/( sin ϕ1+sin ϕ2)显然,对于k =1,只要把已知的λ和测出的ϕ1和ϕ2代入上式,就可求出光栅常数d 。
6.光栅光谱的排列有何规律?7.光栅在载物台上要调整到什么状态?[实验后思考题]:1.比较棱镜和光栅分光的主要区别。
2.分析光栅面和入射平行光不严格垂直时对实验有何影响。
大学物理实验思考题答案大全

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,假设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.假设磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式〔〕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?假设磁感应强度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.假设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到达最大〔或晶体管电压表的示值到达最大〕,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。
假设在这样一个最正确状态移动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。
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测非线性电阻的伏安特性[思考题]:⒈从二极管伏安特性曲线导通后的部分找出一点,根据实验中所用的电表,试分析若电流表接,产生的系统误差有多大?如何对测量结果进行修正?答:如图5.9-1,将开关接于“1”,称电流表接法。
由于电压表、电流表均有阻(设为R L 与R A ),不能严格满足欧姆定律,电压表所测电压为(R L +R A )两端电压,这种“接入误差”或 “方法误差”是可以修正的。
测出电压V 和电流I ,则VI=R L +R A ,所以R L =VI-R A =R L ´+R A ①。
接入误差是系统误差,只要知道了R A ,就可把接入误差计算出来加以修正。
通常是适当选择电表和接法,使接入误差减少至能忽略的程度。
由①式可看出,当R A <<R L 时,其影响可忽略,换言之,若R L >>R A ,应采用接法。
⒉根据实验中所用仪器,如果待测电阻为线性电阻,要求待测电阻R 的测量相对误差不大于4%,若不计接入误差,电压和电流的测量值下限V min 和I min 应取何值?答:根据误差均分原则,电流表、电压表的准确度等级、量程进行计算.迈克尔逊干涉仪的使用[预习思考题]1、根据迈克尔逊干涉仪的光路,说明各光学元件的作用。
答:在迈克尔逊干涉仪光路图中(教材P181图5.13--4),分光板G将光线分成反射与透射两束;补偿板G/使两束光通过玻璃板的光程相等;动镜M1和定镜M2分别反射透射光束和反射光束;凸透镜将激光汇聚扩束。
2、简述调出等倾干涉条纹的条件及程序。
答:因为公式λ=2△d△k是根据等倾干涉条纹花样推导出来的,要用此式测定λ,就必须使M1馆和M2/(M2的虚像)相互平行,即M1和M2相互垂直。
另外还要有较强而均匀的入射光。
调节的主要程序是:①用水准器调节迈氏仪水平;目测调节激光管(本实验室采用激光光源)中心轴线,凸透镜中心及分束镜中心三者的连线大致垂直于定镜M2。
②开启激光电源,用纸片挡住M1,调节M2背面的三个螺钉,使反射光点中最亮的一点返回发射孔;再用同样的方法,使M1反射的最亮光点返回发射孔,此时M1和M2/基本互相平行。
③微调M2的互相垂直的两个拉簧,改变M2的取向,直到出现圆形干涉条纹,此时可以认为M1与M2/已经平行了。
同方向旋动大、小鼓轮,就可以观察到非定域的等倾干涉环纹的“冒”或“缩”。
3、读数前怎样调整干涉仪的零点?AD BC AB -+=δ 答:按某一方向旋动微调鼓轮,观察到圆环的“冒”或“缩”后,继续按原方向旋转微调鼓轮,使其“0”刻线与准线对齐;然后以相同方向转动粗调鼓轮,从读数窗观察,使其某一刻度线与准线对齐。
此时调零完成,测量中只能按最初的旋转方向,转动微调鼓轮,不可再动粗调鼓轮。
4、什么是空程?测量中如何操作才能避免引入空程?答:装在导轨上的动镜M 1 ,通过传动系统与丝杆相连。
微调鼓轮与丝杆间通过蜗轮蜗杆的传动方式连结。
转动微调鼓轮时,M 1 在导轨上移动。
由于螺母与丝杆有间隙,反向旋转鼓轮时,M 1 并未随之马上反向移动,而鼓轮上的读数已经发生变化,这便造成了空程误差。
在测量中只沿一个方向转动微调鼓轮,中途不反转,则可避免引入空程。
[实验后思考题]1、根据下图(即教材P180图5.13--3中的几何图形ABCD )导出两束光的光程差 解:(见图)两束光的光程差:,sin 2sin cos θθθθ⋅⋅===tg d AC AD dAB , θθθθθδcos sin 22sin 2cos 22d d tg d d -=⋅⋅-=∴θθθcos 2cos )sin 1(22d d =-=θδcos 2d =222)2sin 21(2cos 2θδθθδd d d d -≈-=≈,可得 2、总结迈克尔逊干涉仪的调整要点及规律。
答:调整迈氏干涉仪的要点及规律如下: ① 迈氏干涉仪导轨水平(调迈氏仪底脚螺丝);② 激光束水平并垂直于干涉仪导轨,且应反射到M 1·M 2 反射镜中部(调激光管,实验室已调好);③ M 1 与M 2/ 应平行,即M 1 与M 2 垂直。
调节方法有两种:一种见预习思考题2- ②;另一种即教材所述,通过调节M 2 背面的螺丝,使两排光点中,最亮的两点重合。
④ 加入短焦距透镜,观察到干涉条纹后,在调出圆形条纹的过程中,需根据条纹的形状来判断M 1 与M 2 的相对倾度,分别调节M 2 的两个微调拉簧。
⑤ 调等倾干涉时,M 1 应在标尺30mm 的位置处。
若顺时针旋转两个鼓轮,可观察到圆环的“缩入”。
条纹的“缩入”比“冒出”容易数一些。
3、用等厚干涉的光程差公式说明,当d 增大时,干涉条纹由直变弯。
答:根据 (见教材P 182图5.13-5)。
在M 1 与M 2/ 的交线处,d=0,δ=0,对应的干涉条纹称中央明纹。
在交线两侧附近,因d 和θ都很小,上式中d θ2可忽略,δ=2d ,所以条纹近似直线。
而离交线较远处,d θ2 不能忽略,所以干涉条纹随d 的增大而由直变弯。
4、在非定域干涉中,一个实的点光源是如何产生两个虚的点光源的? 答:激光光束经透镜汇聚而成为一个强度很高的点光源S (见教材P 181图5.13-4),S发出的发散角增大了许多倍的光束入射到分束镜的半反射膜上,经反射后的光束,好象从其虚光源S/发射出来的一样;等价于从S/发出的光,再经M1、M2/(等价于M2)反射(见教材P181图5.13-4)。
从观察屏E处观察,光源好象在M1、M2/的后面,即它们的虚像位置S1/和S2/。
牛 顿 环[预习思考题]1、测量暗环直径时尽量选择远离中心的环来进行,为什么?答:由于牛顿环的环间距随着半径的增大而逐渐减小,而且中心变化快,边缘变化慢(可作数学证明),因此,选择边缘部分,即圆环变化比较慢且大致看成是均匀变化的部分进行测量,是比较合理的。
2、正确使用测量显微镜应注意哪几点?答:① 用调焦手轮对被测件进行调焦时,应先从外部观察,使物镜镜筒下降接近被测件,然后眼睛才能从镜中观察。
旋转调焦手轮时,要由下向上移动镜筒;② 防止空程误差。
在测量时应向同一方向转动测微鼓轮,让十字叉丝垂线和各目标对准。
若移动叉丝超过了目标时,应多退回一些,再重新向同一方向移动叉丝,完成测量。
③ 要正确读数。
3、试述用劈尖测薄纸厚度的主要步骤。
答:① 将薄纸夹入两块光学平玻璃之间,形成一空气劈尖; ② 将劈尖放到读数显微镜载物台上,调节出清晰的干涉条纹; ③ 测出n (=20)条暗纹的长度x n 和厚为d 处纸片边缘暗纹到劈棱(两玻片交界棱边)的距离L ,则薄纸厚度:d=nL λ2x n 。
[实验后思考题]1、牛顿环中心为什么是暗斑?如中心出现亮斑作何解释?对实验结果有影响吗?答:在凸透镜和平玻片的接触处e K =0,δ=π2,故牛顿环中心为暗斑。
环,222)21(OA S r m m =-,222)21(OA S r n n =-中心出现亮斑是因为球面和平面之间没有紧密接触(接触处有尘埃,或有破损或磨毛),从而产生了附加光程差。
这对测量结果并无影响(可作数学证明)。
2、测暗环直径时(见下图),若十字叉丝的交点未通过圆环的中心,可能所测长度非真正的直径而是弦长,这对实验结果有影响吗?试证明之。
证明:得 r m 2- r n2 =14(S m 2-S n 2), 故 D m 2- D m 2= S m 2-S n 2。
证明说明,以弦长代替直径,对测量结果没有影响。
3、为什么牛顿环的间距靠近中心的要大于靠近边缘的? 答:见下图,设牛顿环的间距为 t K、t K+1、t K+2、……; 又 h K =h K+1=h K+2=……λ2 ;从图中可知:t K=h Ktg θK =λ 2tg θKt K+1=h K +1 tg θK+1 =λ2tg θK+1t K+2=h K +2 tg θK+2 =λ 2tg θK+2…………又 θK<θK<θK<……,故 t K>t K+1>t K+2>……, 另,t =λ 2tg θ ,∴dt d θ =λ 2 (-csc 2θ),在0<θ<π2区间 ,c scθ为递减函数,故牛顿环的间距随环半径的增加而逐渐减小。
用分光计测棱镜玻璃的折射率[预习思考题]⒈望远镜调焦至无穷远是什么含义?为什么当在望远镜视场中能看见清晰且无视差的绿十字像时,望远镜已调焦至无穷远?答:望远镜调焦至无穷远是指将望远镜的分划板调至其物镜的焦面位置上,使从无穷远处射来的光线、即平行光会聚于分划板上。
根据薄透镜近轴成像与光线反射的原理,当从分划板下方的透明十字中出射的光线经物镜折射与平面镜反射后能清晰且无视差地成像于望远镜的视场中(即成像于分划板上)时,分划板必处于望远镜物镜的焦面位置上,故此时望远镜已调焦至无穷远。
⒉为什么当平面镜反射回的绿十字像与调节用叉丝重合时,望远镜主光轴必垂直于平面镜?为什么当双面镜两面所反射回的绿十字像均与调节用叉丝重合时,望远镜主光轴就垂直于分光计主轴?答:调节用叉丝与透明十字位于分划板中心两侧的对称位置上。
根据薄透镜近轴成像与光线反射的原理,要使平面镜反射回的绿十字像与调节用叉丝重合,则与望远镜出射平行光平行的副光轴和与平面镜反射平行光平行的副光轴必须与望远镜主光轴成相等的角且三轴共面。
要达到此要求,平面镜的镜面就必须垂直于望远镜主光轴。
当双面镜两面所反射回的绿十字像均与调节用叉丝重合时,仪器系统必同时满足以下条件:①双面镜的镜面平行于载物台转轴,即分光计主轴;②望远镜的主光轴垂直于双面镜的镜面。
根据立体几何的知识易知,此时望远镜的主光轴必垂直于分光计主轴。
⒊为什么要用“二分法”调节望远镜主光轴与分光计的主轴垂直?答:事实上,调望远镜主光轴与分光计主轴严格垂直的方法不止一种,用“二分法”调节的优点在于快捷。
可以证明,用“二分法”调节可以迅速地使双面镜的镜面平行于分光计主轴(实际操作中一般只需调两三次就可实现),同时在调节中又始终保持望远镜主光轴与双面镜镜面垂直,从而使调节工作迅速方便地完成。
⒋如何测量最小偏向角?答:略(详见教材)。
[实验后思考题]⒈通过实验,你认为分光计调节的关键在何处?答:主观题,请学生自答。
⒉能否直接通过三棱镜的两个光学面来调望远镜主光轴与分光计主轴垂直?答:不能。
原因如下。
我们通过调节载物台面与望远镜的倾斜度总可以把仪器系统调整到如图所示的状态。
图中,E为分光计主轴OO/上的任一点,EF、EQ分别为E点到三棱镜两光学面A/ACC/与A/ABB/的距离;θ1、θ2分别为EF、EQ与OO/轴的夹角,且θ1=θ2≠90°;望远镜主光轴∥EG。
容易证明,在此状态下,望远镜的主光轴首先⊥A/ABB/面,而当三棱镜随载物台转过φ角(即EF与EG的夹角)后,A/ACC/面就转至与先前A/ABB/面平行或重合的位置,此时望远镜的主光轴又⊥A/ACC/面。