大物实验预习题和思考题答题.pdf
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1、大物实验预习题和思考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nx?(n?l)y。由 此可知,游标上的刻度间距与主尺1上刻度间距相差,这就是游标的精度。n1教材P33图1-2所示的游标卡尺精度为mm,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5050格(50mm)少一格
2、(1mm),即游标上每格长度比主尺每格少14-50=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:一手拿待测物体,一手持主尺,将物体轻 轻卡住,才可读数。注意保护量爪不被磨损,决不允许被量物体在量爪 中挪动。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
3、(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(360?),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: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
4、量轴。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30?
5、1?,图示角度为149?45'。302.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AS。由图工、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as。用读数显微镜测出图1中的XI、X2、Zl、Z2,得内切圆的半径:(x?xl)?(z2?zl)R?22则修正面积为:?S?(2R)2?R2?(4?)R2实验三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
6、,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36VO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
7、 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
8、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“一”或“”表示平放;用“t”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:
9、(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RAC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50。,电流表(毫安 表)的量程为150/300mA,150mA档的内阻约0.4Q,电压表的量程为 1
10、.5/3.0/7.5V,每伏特电压的内阻约200。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I?量程应选择150mAo(2)由题意知 RX?50?、RA?0.4?、RV?200?7.5?1500?,则Rx50?125 Rx?125RA RA0.4V6?0.12A?120mA,所以电流表 R50RV1500?30 RV?30Rx Rx50R?RV因为当RX?RA时,应采用电流表内接法测量;当X时,应采用 电流表外接法测量。所以比较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?
11、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。实验四 热电偶温度计定标【预习题】1.什么叫温差电动势?它与哪些因素有关?答:(1)两种不同的金属或合金,将其两端连接,形成闭合回路,当 两连接点的温度不同时,回路中就会产生电动势,这样的电动势就叫温差 电动势。(2)温差电动势与这两种金属或合金材料及冷热端的温度有关。【思考题】1.保温杯内冰水混合物的温度是否处处为零?答:保温杯内冰水混合物的温度理论上应该是处处为0?C,但在实际 实验中保温杯里冰水混合物与外环境有热交换,因而使得保温杯里的水
12、不 一定为处处零。2.热电偶温度计有什么特点?答:(1)热电偶温度计具有结构简单,价格便宜,准确度高,测温范 围广等特点。(2)由于热电偶将温度转化成电信号进行检测,使温度的测量、控 制、以及对温度信号的放大变换都很方便,适用于远距离测量和自动控 制。实验六 薄透镜焦距的测定【预习题】1.本实验要求用那些方法测量凸透镜和凹透镜的焦距?答:测量凸透镜焦距的三种方法,自准法、物距像距法、共轨法。测 量凹透镜焦距的两种方法,视差法和物距像距法。2.什么是共轴调节?共轴调整的要求是什么?达不到这些要求对测 量有什么影响?答:在用多个透镜做实验时,各个透镜应调节到有公共的主光轴,并 且该主光轴应与导轨平
13、行,这种调节称为共轴调节。共轴调节分为粗调和 细调两个步骤。若达不到物点与透镜共轴等高,所成的像偏离主光轴,数 据测量不准确。3.用物距像距法测凹透镜焦距的实验中,对第一次凸透镜所成的像 有什么要求?答:第一次凸透镜所成的像,应为倒立缩小的实像。【思考题】1.物屏与像屏间的距离D?4f和D?4f时,分别会出现什么现象?试用数学表达式说明之。答:物屏与像屏间的距离D?4f时,出现一个与物等大的像。D?4f时,不成像。证明如下:D2?d2(4f)2?d216f2?d21)将D?4f代入f?得f?,解得d?0.有唯一解,所以成等大的像。4D4?4fl6f22D?dD2)当D?4f时,有?成立,解得d
14、?0,所以不成像。4D42.如果凸透镜的焦距大于光具座的长度,试设计一个实验,在光具 座上能测量它的焦距。答:(1)辅助透镜法:加一个已知小焦距的凸透镜作为辅助透镜。(2)视差法:与教材测凹透镜方法相同。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。I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T?2?计算出摆长I。g实验八 用直
15、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R0和Rx,进行换臂测量,这样最终Rx?RO?RO,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
16、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。m?V?K?Ks?r2?r3 即 v 收尾=K化简后得:v收尾=243?己从上式可见,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v收尾是对粘滞系数?测量误 差影响最大的两个因素。Kr?(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
17、。测量仪器的精度要较高。如选用螺旋测微器,读数显 微镜。(2)v收尾的测量:v收尾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?dvdvdv答:液体
18、流动时,流速层间的内摩擦力f与摩擦面积S、速度 梯度成正比:f?S或f?S,比例系数?称为粘滞系drdrdr数。单位为帕斯卡秒,用Pa 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:mg?0Vg?f?ma来进行分析讨论。式中:浮力为?0Vg(?。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:r4?2?4 h
19、?l.ll?10?2(l?)?。一般地计时起点的的位置(A点)?为小球的密度,?/为液体的密度,?为液体粘滞系数(可进行粗测,也可通过查表得到)在液面下方5 cm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
20、?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-2Er0【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
21、。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。10(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U的等势线。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
22、,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H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
23、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:口)中空立柱垂直时:设弹簧在受垂直力mg时伸长量为?II,受水的表面张力时的 伸长量为?12(2)中空立柱不垂直 时(与垂直方向有夹角8):弹簧在受垂直力mg时伸长量仍为?II,但中空立柱的伸长量?I?则为?II=1 cos?受水的表面张力时的伸长量仍为?
24、12,但相应的中空立柱的10?1伸长量则为?12=2 cos?垂直时mg?l2K?l2?llmg?l2mg?K?=2L?I1?I12L2L不垂直时K?l2mgmgK?=;?=?ll?l?cos?2Ll?mg?mg?l2?cos?2L=?=?I2?2L?I?l?ll?cos?I2?I2从三角形的几何关系可知:=;?11?11所以?=?。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
25、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:用目测法调节望远镜和光杠杆 大致等高。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
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