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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。由数显表头读出每 一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统

处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波 节的位置,提高测量的准确度。 2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间 的相互转换的? 答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压 电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械 应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生 电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加 交变电场,材料会发生机械形变,这被称为逆压电效应。声 速测量仪中换能器 S1 作为声波的发射器是利用了压电材料 的逆压电效应,压电陶瓷环片在交变电压作用下,发生纵向 机械振动, 在空气中激发超声波, 把电信号转变成了声信号。 换能器 S2 作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应, 空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变,从而产生电场, 把声信号转变成了电信号。 【分析讨论题】 1. 为什么接收器位于波节处, 晶体管电压表显示的电压值是 最大值? 答:两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波。其驻波方 程为

A(x)为合成后各点的振幅。当声波在媒质中传播时,媒质 中的压强也随着时间和位置发生变化, 所以也常用声压 P 描 述驻波。 声波为疏密波, 有声波传播的媒质在压缩或膨胀时, 来不及和外界交换热量,可近似看作是绝热过程。气体做绝 热膨胀,则压强减小;做绝热压缩,则压强增大。媒质体元 的位移最大处为波腹,此处可看作既未压缩也未膨胀,则声 压为零,媒质体元位移为零处为波节,此处压缩形变最大, 则声压最大。由此可知,声波在媒质中传播形成驻波时,声 压和位移的相位差为 。令 P(x)为驻波的声压振幅,驻波 的声压表达式为

波节处声压最大,转换成电信号电压最大。所以接收器位于 波节处,晶体管电压表显示的电压值是最大值。 2. 用逐差法处理数据的优点是什么? 答:逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法,是对等 间隔变化的被测物理量的数据,进行逐项或隔项相减,来获 得实验结果的数据处理方法。逐差法进行数据处理有很多优 点,可以验证函数的表达形式,也可以充分利用所测数据, 具有对数据取平均的效果,起到减小随机误差的作用。本实 验用隔项逐差法处理数据,减小了测量的随机误差。 实验三 衍射光栅 【预习思考题】

1. 如何调整分光计到待测状态? 答: (1)调节望远镜适合接收平行光,且其光轴垂直于仪器 中心轴; (2)平行光管能发出平行光,且其光轴垂直于仪器中心轴; (3)载物台的台面垂直于仪器中心轴。 2. 调节光栅平面与入射光垂直时, 为什么只调节载物台调平 螺钉 b、c,而当各级谱线左右两侧不等高时,又只能调节载 物台调平螺钉 a? 答:调节光栅平面与入射光垂直时,光栅放在载物台调平螺 钉 b、c 的垂直平分线上,望远镜和平行光管已调好,调节 载物台调平螺钉 a 不能改变光栅面与入射光的夹角,只能调 节螺钉 b 或 c 使光栅面反射回来的 “ +” 字像与分划板上 “ ” 形叉丝的上十字重合,此时光栅平面与入射光垂直。 当各级谱线左右两侧不等高时,说明光栅刻线与载物台平 面不垂直,调节 b、c 破坏入射光垂直光栅面,只调节 a 即 可使各级谱线左右两侧等高。 【分析讨论题】 1. 利用本实验的装置如何测定光栅常数? 答:与实验步骤一样,调出光谱线,已知绿光波长 m,测 量一级( )绿光衍射角 ,根据光栅方程 ,可计算出光栅 常数 d 。 2. 三棱镜的分辨本领 ,b 是三棱镜底边边长, 一般三棱镜 约

为 1000cm-1。问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅 具有相同的分辨率? 解:已知:实验测得 =27000, cm-1 由 得 b= (cm) 答:略。 实验四 多用电表的设计与制作 【分析讨论题】 1. 校准电表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的 读数都偏高或偏低,即 总向一个方向偏,试问这是什么原 因造成的?欲使 有正有负(合理偏向)应采取什么措施? 分流电阻或分压电阻的阻值不符合实际情况,导致读数都偏 高或偏低。欲使 有正有负(合理偏向)应选择合适的分流 电阻或分压电阻。 2. 证明欧姆表的中值电阻与欧姆表的内阻相等。 满偏时(因 Rx=0) 半偏时 可得中值电阻 综合内阻 求 b。

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