（完整版）大学物理实验思考题
（完整版）⼤学物理实验思考题
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出⼀点，根据实验中所⽤的电表，试分析若电流表内接，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”，称电流表内接法。由于电压表、电流表均有内阻（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V I
淄博2手车交易市场＝R L ＋R A ，所以R L ＝V I
－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登记结婚需要什么
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 A ，应采
⽤内接法。
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M １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？
答：按某⼀⽅向旋动微调⿎轮，观察到圆环的“冒”或“缩”后，继续
AD BC AB -+=δ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，从读数窗内观察，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：
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：
,sin 2sin cos θθθθ
===tg d AC AD d AB ，θ
θθθθδcos sin 22sin 2cos 22d d tg d d -=??-=∴θθ
θcos 2cos )sin 1(22d d =-=
θδcos 2d =222)2
sin 21(2cos 2θδθθδd d d d -≈-=≈，可得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
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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M 1 、M 2/ （等价于M ２）反射（见教材P 18１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 n 2 =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 K tg θＫ＝λ２tg θＫ
t Ｋ＋１＝h K ＋１ tg θＫ＋１＝λ２tg θＫ＋１
t Ｋ＋２＝h K ＋２ tg θＫ＋２＝λ２tg θＫ＋２
…………
⼜θＫ＜θＫ＜θＫ＜……，故 t Ｋ＞t Ｋ+1＞t Ｋ+2＞……，
另，t ＝λ２tg θ，∴dt d θ =λ２ (-csc 2θ)，在０＜θ＜π２
区间内，c sc θ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。由此可见，在三棱镜随同载物台转动φ⾓前后，三棱镜两光学⾯反回的绿⼗字像都与调节⽤叉丝重合，但此时，望远镜的主光轴显然不垂直OO/轴。
⒊分光计的双游标读数与游标卡尺的读数有何异同点？
答：分光计的双游标读数与游标卡尺的读数在读数⽅法上完全⼀致，所不同的是：游标卡尺的读数直接就是测量的结果，但分光计的双游标读数则不然。⾸先，从分光计游标上读取的数据只是代表某⼀光线或某⼀直线的空间⽅位⾓，⽽⾮测量结果----某⼀光线或某直线的转⾓、或是两光线或两直线的夹⾓，测量结果是游标两次读数之差的绝对值。其次，为消除分光计由于制造所带来的偏⼼差，须取两个游标各⾃测量结果的算术平
均值作为最终的测量结果。
另外，对分光计的读数还应注意以下两个问题：
①分光计度盘的最⼩分度值为0.5°，故在读数时应看清游标零线过没
过度盘上的半度线。若过半度线，则读数要加30′，反之则不加。
②由于分光计度盘上的0°与360°线重合，所以若某⼀游标的两次
读数位置恰好位于0°线两侧，则该游标两次读数之差的绝对值不能作为测量结果（详因见教材），此时，须⽤360°减去该数值，所得差值即为测量结果。
⒋转动望远镜测⾓度之前，分光计的哪些部分应固定不动？望远镜应
和什么
盘⼀起转动？
答：转动望远镜测⾓度之前，载物台与游标盘都应被锁紧，使它们不能被转动。
测量时，望远镜应和度盘⼀起转动。
2222)()()(4)()(b u n
中国的汉字演变过程u d u R u L u Y u b n d R L +?+++=?⽤拉伸法测⾦属丝的杨⽒模量
[预习思考题]
1、使⽤螺旋测微器的注意事项是什么？棘轮如何使⽤？螺旋测微器⽤毕还回盒内时要作何处理？
答：使⽤螺旋测微器测物时，⼿要握螺旋测微器的绝热板部分，⼿上不能有汗渍；被测物接触测砧之前，应旋转棘轮，切不可拧微分套筒，否则会损伤测砧，测值也不准确。砧台夹住被测物时，听到棘轮发出“咯咯”声响，⽴刻停⽌旋转。螺旋测微器还回盒内时，要将微分筒退旋⼏转，使砧台间留有⼀定空隙，避免热胀使螺杆变形。
2、公式 Y=8FLR πd 2b △n
中哪⼏个量是待测量？关键是测准哪⼏个量？这些量都是长度量，却使⽤了不同的量具和⽅法，这是根据什么考虑的？此公式的适⽤条件是什么？
答：公式中有L 、R 、d 、b 、Δn 等五个待测量。测准Δn 和d 是实验成功的关键。由Y 的不确定度传播公式：
可知，Y 的不确定度是各直接测得量的不确定度的总和，因⽽，⼀般考虑各量的不确定度按等影响原则分配，即每个直接测得量的不确定度对合成不确定度的贡献⼤致相同；也就是说，按照不确定度的合理分配来确定每个长度量⽤什么测量⼯具。在测量中，过⾼地追求某⼀两个量的精确度，对最后合成不确定度的影响并不⼤，因⽽⽆意义。⽐如L 和R 都⼤于50cm ，⽤⽶尺
，分别计算出解答提⽰：根据：22222)()()(4)()(b u n
u d u R u L u Y u b n d R L +?+++=?⼆和知，。由实际测量的计算可、、、、出根号中各量：n d b
u n u d u R u L u b n d R L 2测量完全能满⾜要求，不必考虑选⽤精确度更⾼的仪器。公式应满⾜的实验条件有三：①加负荷不能超过钢丝的弹性限度；②光杠杆偏⾓θ应很⼩，即外⼒F 不能过⼤；③望远镜光轴⽔平，反射镜与标尺垂直于光轴。[实验后思考题]
1、根据Y 的不确定度公式，分析哪个量的测量对Y 的测量结果影响最⼤。
量的测量对Ｙ的测量结果影响最⼤，因此测此⼆量尤应精细。
2、可否⽤作图法求钢丝的杨⽒模量，如何作图？
答：本实验不⽤逐差法，⽽⽤作图法处理数据，也可以算出杨⽒模量。由公式学习作文
Y=8FLR πd 2b △n
可得： F= πd 2b 8LR Y △n ＝KY △n 。式中K=πd 2b 8LR 可视为常数。以荷重F 为纵坐标，与之相应的n i 为横坐标作图。由上式可见该图为⼀直
线。从图上求出直线的斜率，即可计算出杨⽒模量。
3、怎样提⾼光杠杆测量微⼩变化的灵敏度？这种灵敏度是否越⾼越好？
招商银行信用卡中心申请进度查询答：由Δn= 2R b ΔL 可知， 2R b 为光杠杆的放⼤倍率。适当改变R 和b ，
可以增加放⼤倍数，提⾼光杠杆的灵敏度，但这种灵敏度并⾮越⾼越好；因

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