中南大学大学物理实验预习答案(3)

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。 实验十一 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 实验十三 示波器的使用 【预习思考题】 1.什么是同步？

用Y轴信号频率去控制扫描发生器的频率，使信号频率准确

地等于扫描频率或成整数倍，该电路的控制作用，称为同步。 ２.在观察李萨如图形时，能否用示波器的“同步”将其稳定下来？如果不能，那是为什么？

不能，因为观察李萨如图形时工作在X-Y方式下，内部锯齿波扫描信号被切断，两路信号都是从外部输入，而示波器的“同步”是调节内部锯齿波扫描信号的，所以“同步”对李萨如图形没有影响。

３.如果被观测的图形不稳定，出现向左移或向右移的原因是什么？如何使之稳定？

由波形显示原理知：原因是其扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。要想使显示屏上的图形稳定，必须使扫描电压的周期与被测信号的周期之间满足Tx/Ty=n（n＝1，2，3，…），n是屏上显示完整波形的个数。 分析讨论题

1．荧光屏上无光点出现，有哪些可能的原因？怎样调节才能使光点出现？

可能的原因有：电源没有打开、亮度太小或没有、光点的位置偏离了显示屏。首先检查电源开关是否打开，（看电源指示灯是否亮）然后将亮度旋钮调至较大，（顺时针方向调节）将Ｘ轴、Ｙ轴输入端接地，调节水平位移和竖直位移，直至亮点出现在显示屏上。

２.若被测信号幅度太大（在不引起仪器损坏的前提下），则在示波器上看到什么图形?要想完整地显示图形，应如何调节？

若被测信号幅度太大时看到的是不完整的波形。要想完整地显示图形，应将示波器的VOlTS/DIV垂直输入灵敏度选择开关根据被测信号的电压幅度，选择适当的档级以利观察， 3．示波器能否用来测量直流电压？如果能测，应如何进行？ 能。要测量直流电压，所用示波器的Y通道应采用直流耦合方式（如果示波器的下限频率不是0，则不能用于测量直流电压）。进行测量前，必须校准示波器的Y轴灵敏度，并将其微调旋钮旋至“校准”位置。

测量方法：将垂直输入耦合选择开关置于“⊥”，采用自动触发扫描，使荧光屏上显示一条扫描基线，然后根据被测电压极性，调节垂直位移旋钮，使扫描基线处于某特定基准位置（作０V电压线）；将输入耦合选择开关置于“DC”位置；将被测信号经衰减探头（或直接）接入示波器Y轴输入端，然后再调节Y轴灵敏度（V/cm）开关，使扫描线有较大的偏移量。设荧光屏显示直流电压的坐标刻度为H（cm），仪器的Y轴灵敏度所指档级为SY(V/cm)，Y轴探头衰减系数K，则被测直流电压值为 UX=H(cm)·SY(V/cm)·K。

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