大学物理实验课后答案教学内容

大学物理实验课后答
案
（1）利用f=(D+d)(D-d)/4D 测量凸透镜焦距有什么优点？
答这种方法可以避免透镜光心位置的不确定而带来的测量物距和像距的误差。

（2）为什么在本实验中利用1/u+1/v=1/f 测焦距时，测量u和v都用毫米刻度的米尺就可以满足要求？设透镜由于色差和非近轴光线引起的误差是
1％。

答设物距为20cm，毫米刻度尺带来的最大误差为0.5mm，其相对误差为
0.25％，故没必要用更高精度的仪器。

（3）如果测得多组u，v值，然后以u+v为纵轴，以uv为横轴，作出实验的曲线属于什么类型，如何利用曲线求出透镜的焦距f。

答直线；1/f为直线的斜率。

（4）试证：在位移法中，为什么物屏与像屏的间距D要略大于4f？
由f=(D+d)(D-d)/4D → D2-4Df=d2→ D(D-4f)=d2 因为d>0 and D>0 故D>4f
1.避免测量u、ν的值时，难于找准透镜光心位置所造成的误差。

2.因为实验中，侧的值u、ν、f都相对较大，为十几厘米到几十厘米左右，而误差为1%，即一毫米到几毫米之间，所以可以满足要求。

3.曲线为曲线型曲线。

透镜的焦距为基斜率的倒数。

①当缝宽增加一倍时,衍射光样的光强和条纹宽度将会怎样变化?如缝宽减半,又怎样改变?
答:
a增大一倍时, 光强度↑；由a=Lλ/b ，b减小一半
a减小一半时, 光强度↓；由a=Lλ/b ，b增大一倍。

②激光输出的光强如有变动,对单缝衍射图象和光强分布曲线有无影响?有何影响?
答:由b=Lλ/a.无论光强如何变化,只要缝宽不变,L不变,则衍射图象的光强分布曲线不变 (条纹间距b不变)；整体光强度↑或者↓。

③用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径？其原理和方法如何？
答：可以，原理和方法与测单狭缝同。

④本实验中，λ=632。

8nm,缝宽约为5*10^-3㎝,屏距L为50㎝。

试验证：
是否满足夫朗和费衍射条件？
答：依题意：
Lλ=（50*10^-2）*（632.8*10^-9）=3.164*10^-7
a^2/8=(5*10^-5)^2/8=3.1*10^-10
所以Lλ<<a^2/8
即满足夫朗和费衍射条件。

1、导热系数的物理意义是什么？
导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦•米-1•开-1（W •m -1•K -1）。

2、实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数？
稳态法（具体描述略）
3、测λ要满足哪些条件？在实验中又如何保证？
1）测10θ ，20θ系统要处于稳定态，即这两个温度在十分钟内保持不变，并且10θ>20θ，（10θ人为控制在mv )03.050.3(±）；
2）测量散热板在20θ附近的冷却速率。

4、试述稳态法测不良导体导热系数的基本原理。

通过当达到稳态时待测样品的传热速率和散热盘向侧面和下面的散热速率相同的原理推导得出。

5、讨论本实验误差因素，并说明测量导热系数可能偏小的原因。

A 、样品表面老化，影响传热；
B 、加热板，样品，散热板之间有缝隙，影响传热。

C 、热电偶热端与发热盘和散热盘接触不良，应粘些硅油插入小孔底部，等等
6、测冷却速率时，为什么要在稳态温度20θ附近选值。

？
A 、当散热板处在不同温度时，它的散热速率不同，与本体温度，环境温度都有关。

B 、在实验中，当系统处于稳态时通过待测样品的传热与散热盘向侧面和下面的散热率相同，所以测冷却速率要在稳态温度20θ附近。

7、本实验的热电偶测温度为什么不用定标就能代入公式计算？能否不用数字电压表而用其它电表仪器来测热电偶电压值，代入公式求导热系数而不影响结果？举例说明。

在所测温度范围内，直流数字电压表测得的温差电动势与待测温度成线性关系，即
αθ=E 那么()()
201020102010θθθαθαθθα-∆=-∆=-∆E E E ，所以不用定标就可以代入公式。

可以采用与电阻串联的电流表（灵敏电流计） 因为()2010201020102010θθθ-∆=-∆=⎪⎭
⎫ ⎝⎛-∆=-∆I I I R E R E R E E E E
（1）、测量时，若实际测量的是弦长，而不是牛顿环的直径，则对测量结果会有何影响？为什么？
答：如图，
直线 AB 为实际测量的方向，与实际的圆心O 距离为OA
则AC 2－AB 2=（OC 2－OA 2）－（OB 2－OA 2）= OC 2－OB 2
所以（2AC ）2－（2AB ）2= （2OC ）2－（2OB ）2
即弦长的平方差等于直径的平方差。

所以对测量结果没有影响。

（2）、为什么相邻两暗环（或亮环）之间的距离，靠近中心的要比边缘的大？ 答一：
k k R k k R kR R k r r r kR r k k κ++=-+=-+=-=∆=+1)1()1(1λ
λλλλ
所以靠近中心（k 越小，r ∆越大）的环间距要比边缘的大。

答二：
r ∆为条纹间距，θ为上球面与下平面的夹角
因相邻两暗环间光程差之差为λ，所以 θ
λθλ
2tan 2≈≈∆r ， 离中心越远，θ越大，所以条纹间距越小。

（3）、若已知光学波长λ与球面曲率半径R ，请设计出具体的实验方案，测量某种透明液体光学介质的折射率。

答：设其折射率为n ，在液体中光波长为k λ
在牛顿环两玻璃面之间充满该液体，则暗纹条件为k k kR r λ=2
， 利用公式R
m k r r m k k )(2
2--=λ和用本实验的方法求出k λ，则n ＝λ/k λ.
（4）、试分析牛顿环实验误差的主要来源。

答：因为环有一定的宽度，对其准确定位有一定的困难，以此带来的误差是主要的误差来源。

（5）、怎样利用牛顿环的原理来检查平面玻璃表面质量？
答：牛顿环的原理是等厚干涉，可将牛顿环装置上的平凸透镜放在待检查的玻璃上，看干涉条纹是否为匀称的同心圆，若条纹出现外凸或内凹，则说明玻璃不平整；或将一块标准的平板玻璃与待检查的玻璃成一小斜角放置，形成空气劈，看干涉条纹是否均匀的直线，若直线出现弯曲部分，也说明玻璃不平整。

（6）、实验中所看到的牛顿环干涉条纹，是同一光束由空气薄膜上、下两表面反射后在上表面相遇所产生的干涉现象，那么从牛顿环装置透出的光束是否同样能形成干涉条纹呢？如能，则与反射方向所观察到的干涉条纹有何不同？答：能形成干涉条纹，但较模糊，且其明暗位置与反射方向所观察到的干涉条纹的明暗位置相反。