大学物理实验报告答案大全+实验数据+思考题答案 - 图文(5)

(n = I/I)

(2) 将微安表头串联一个分压电阻 R改成量程为 U电压表，如图（ b)示，则有 I(R+R)=U 即 R=U/I－Rｇ

实验步骤

(1) 改装量程为5 A电流表

① 计算分流阻值R的理论值，负载电阻 R取1000 Ω左右。

② 按图 3-7-8 连接电路，各部件摆放原则是方便于观擦与调节。

③ 自查电路（线路的连接、标准表量程的选取、滑线变阻器初值的设定、各阻值的取值）。 ④ 校准电表 ：首先进行满量程校正，然后进行逐点校正（完成数据表格） (2) 改装电压表（程序与上面相同，电路图按3-7-10进行） 数据处理

g

H

d

g

g

H

H

g

s

L

改装表示值 I/mA 0.00 减小时

标准表示值 增加时 I/mA

平均

0

1.00 1.03 1.01 1.02 0.02 2.00 1.99 2.01 2.00 0.00 2.00 1.98 1.99 1.99 -0.01

3.00 3.02 3.00 3.01 0.01 3.00 3.01 3.02 3.02 0.02

4.00 3.98 3.99 3.99 -0.01 4.00 4.02 4.01 4.01 0.01

5.00 5.00 5.00 5.00 0.00 5.00 5.00 5.00 5.00 0.00

差值＝I-I /mA

0

改装表示值U /V

标准表示值 U/V

差值＝U-U /V

0

0

0.00 减小时 增加时 平均

1.00 1.02 1.01

1.02 0.02

1. 校正电流表时，如果发现改装的毫安表读数总是高于标准表的读数，分流电阻应调大还是调小 ?为什么? 答： 应调小。让电路中标准表读数不变，即保持回路电流不变，分流电阻值减小后将会分得更多的电流，从而使流过被改装 表表头的电流减小，改装表的读数也减小。

2. 校正电压表时，如果发现改装的电压表读数总是低于标准表的读数，分压电阻应调大还是调小?为什么? 答：应调小。

让电路中标准表读数不变，即加在改装电表上电压值不变。调小电阻，改装表的总电阻降低，流过改装毫安表的电流增

大，从而读数也增加。

3. 试证明用欧姆表测电阻时，如果表头指针正好指在表盘标度尺的中心，则这时的欧姆表指示值为什么正好等于该欧

1 I = I

姆表的内阻值。 答：设表头指针满刻度电流为 I、表头指针指表盘中心时电路中电流为 I，根据题意 2 ，当表

V V 1 g I = + R = 2 I I =

内阻为 R、待测电阻为 R时， ；根据欧姆表工作原理，当待测电阻 R＝0 时， gR 。即 Rgx

g V 1 V + R = 2 R Rgx R

g

g

g

x

x

g

，因而可得 R＝R。所以，欧姆表显示测

x

gx 读数即为该欧姆表的内阻。

思考题

(1) 应调小。因为表头过载，所以需要再分掉一部分多余的电流。 (2) 应调小。因为串联电路中电压的分配和阻值成正比。 (3) 证明 因为 I＝U/(R+r) 而I＝U/(R+r+R)

所以 当2I＝I时 即2U/(R+r+R)＝U/(R+r) 所以 R＝R+r 证毕

(4) 由误差＝量程×\自3X别％，设改装表的级别为a′, 则

g

g

g

x

g

g

x

g

x

g

5×a′%= δImax+ 5×0.5%

∴ a′ = 0.9 ，故该装电流表的级别为 1.0 级

示波器的原理和使用

实验目的

(1) 了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理； (2) 掌握模拟示波器和函数信号发生器的使用方法；

(3) 观察正弦、矩形、三角波等信号发生器的使用方法；

(4) 通过示波器观察李萨如图形，学会一种测量正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。 实验方法原理

(1) 模拟示波器的基本构造

示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描信号放大器、触发同步等几个基本部分组成。 (2) 示波器显示波形原理

如果只在垂直偏转板上加一交变正弦电压，则电子束的亮点随电压的变化在竖直方向上按正弦规律变化。要想显示 波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束所产生的亮点沿水平方向拉开。

(3) 扫描同步

当扫描电压的周期 T是被观察周期信号的整数倍时，扫描的后一个周期扫绘的波形与前一个周期完全一样，荧光屏

x

上得到清晰而稳定的波形，这叫做信号与扫描电压同步。

(4) 多踪显示

根据开关信号的转换频率不同，有两种不同的时间分割方式，即“交替”和“断续”方式。 (5) 观察李萨如图形并测频率

X方向切线对图形的切点数Nx fy

= f Y方向切线对图形的切点数Ny x

π 0

π 2

3π 4

4

π

5π 4

3π 2

7π 4

2π

实验步骤

(1) 熟悉示波器各控制开关的作用，进行使用前的检查和校准。

频率相同位相不同时的李萨如图形

(2) 将信号发生器的输出信号连接到示波器的 CH1 或 CH2，观察信号波形。

(3) 用示波器测量信号的周期 T、频率 f、幅值 U、峰－峰值 Up-p、有效值 Urms,频率和幅值任选。 (4) 观察李萨如图形和“拍”。

(5) 利用多波形显示法和李萨如图形判别法观测两信号的相位差 ① 多波形显示法观测相位差。 ② 李萨如图形判别法观测相位差。 数据处理

(1) 测量正弦信号峰峰值 U，周期 T

P-P

示波器测量值 H=4.0DIV L=5.0DIV

V/DIV=0.5V/DIV 0

信号发生器显示值 U=2.0V

P-P

U 显 = 2.0V T 显 = 0.10ms

U ? p p

U

E

=

up?p

显

T/DIV=20us/DIV

0

T =0.10ms

T ? T

= 0

E=

T

?

U显 V／DIV=0.5V/DIV 0T 0=0

0

(2) 测量直流信号的幅度 H = 5.8 (3) 测量相移 1 U ＝2.9V U 显 ＝3.0V xx/DIV x/DIV θ =1×360° x °

5.3 25.0 76.32

1. 模拟示波器为何能显示高速变化的电信号轨迹？

答：在模拟示波器垂直偏转板上加的是被观测信号电压，而在水平偏转板上加的是锯齿波（时间线性变化）信号电压，

所以示波器的示波管的横轴相当于直角坐标的时间轴，经过一个锯齿波信号周期，电子束便在示波管的荧光屏上描绘出

被观测信号的波形的一段轨迹。当锯齿波信号的周期大于或等于周期性观测信号的周期且与其相位锁定时（同步 ），电 子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的波形的同一段轨迹，由于人眼的视觉暂留和荧光屏的余辉，便可以观测

到信号的波形。

2. 在本实验中，观察李萨如图形时，为什么得不到长时间稳定的图形？

答：因为 CH1 与 CH2 输入的是两个完全不相关的信号，它们的位相差难以保持恒定，所以得不到长时间的稳定波形。

3. 假定在示波器的 Y 轴输入一个正弦信号，所用的水平扫描频率为 120Hz，在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形，

那么输入信号的频率是什么？这是否是测量信号频率的好方法？为何？

答：输入信号的频率是 360Hz。这种方法不是测量信号频率的好方法，因为用此方法测量的频率精确度低。 4. 示波器的扫描频率远大于或远小于输入正弦信号的频率时，屏上的图形是什么情况？

答：扫描频率远小于输入正弦信号频率时，出现图形是密集正弦波；扫描频率远大于输入正弦信号频率时，一个周期 的信号波形将会被分解成数段，显示的图形将会变成网状交叉线。

超声波声速的测量

实验目的

(1) 进一步熟悉示波器的基本结构和原理。

(2) 了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。 (3) 学习几种测定声波传播速度的原理和方法。

(4) 通过时差法对声波传播速度的测量，了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。 实验方法原理

声波是一种弹性媒质中传播的纵波，波长、强度、传播速度等是声波的重要参数，超声波是频率大于 20 kH 的机械

波，本实验利用声速与振动频率 f 和波长λ之间的关系 v = λ f 来测量超声波在空气中的传播速度。

SV5 型声速测量组合实验仪（含专用信号源 ），可以做时差法测定超声波传播速度的实验；配以示波器可完成利用 共振干涉法，双踪比较法和相应比较法测量声速的任务。本声速测量仪是利用压电体的逆压电效应而产生超声波，利用 正压电效应接收超声波，测量声速的四种实验方法如下：（由于声波频率可通过声源的振动频率得出，所以测量声波波 长是本实验主要任务。）

（1）李萨如图形相位判别法

频率相同的李萨如图形随着Δφ的不同，其图形的形状也不同，当形状为倾斜方向相同的直线两次出现时，Δφ变

化 2π ，对应接受器变化一个波长。

（2）共振法

由发射器发出的平面波经接受器发射和反射器二次反射后，在接受器与发射器之间形成两列传播方向相同的叠加 波，观察示波器上的图形，两次加强或减弱的位置差即为波形λ。

（3）双踪相位比较法

直接比较发信号和接收信号，同时沿传播方向移动接受器位置，寻找两个波形相同的状态可测出波长。 （4）时差法

测出脉冲声速传播距离 X 和所经历时间 t, 便可求得声速。 实验步骤

(1) 李萨如图形相位比较法

转动声速测量组合实验仪的距离调节鼓轮，观察波形当出现两次倾斜方向相同的倾斜直线时，记录这两次换能器的 位置，两次位置之差为波长。

(2) 共振法

移动声速测量仪手轮会发现信号振幅发生变化，信号变化相邻两次极大值或极小值所对应的接受器移动的距离即是 λ/2 ，移动手轮，观察波形变化，在不同位置测 6 次，每次测 3 个波长的间隔。

(3) 比较法

使双通道两路信号双踪显示幅度一样，移动手法会发现其中一路在移动，当移动信号两次与固定信号重合时所对应 的接收器移动的距离是λ，移动手轮，观察波形变化，多记录几次两路信号重合时的位置，利用逐差法求波长。

(4) 时差法

转动手轮使两换能器的距离加大，每隔 10mm 左右记录一次数据 xi和ti,根据公式获得一系列 v后，可以利用逐差

i

法求得声速 v 的平均值υ 。 数据处理

(1) 李萨如图形相位比较法

温度＝20.8℃ 信号发生器显示频率＝37.003 kHz 接受器位置序号 接受器位置坐标

0 55.40

1 64.53

2 73.94

3 83.40

4 92.65

5 101.90

/mm

接受器位置序号 接受器位置坐标 /mm

6 111.30 55.90 9.32

x=x?x

j

+6

7 120.68

56.15 9.36 ?3

8 129.95

56.01 9.34

9 139.25

55.85 9.31

2

10 148.60

55.95 9.33

11 158.06

56.16 9.36

x λ= i

6 5

λ

1 =

Σ 6 j=0

λ

j

× λ 3.4561×10 / = 9.34= = 10 m; v f

m s

(2) 共振法 温度＝20.8℃ 信号发生器显示频率＝37.012 kHz 接受器记 被测 λ 数 被测数 次数 x = a? a n 录 48.20 28.08 3 76.28 1

2 104.40 3 28.12 76.28 3 104.40 132.41 3 28.01

4 160.59 3 28.18 132.41

5 160.59 188.69 3 28.10 188.69 6 216.72 3 28.03

12 /mm λ=x/n

9.36 9.37 9.34 9.39 9.37 9.34

/mm λ

9.36×10

-3

1 6

其中 λ = Σ λ=

6 i =1 i

m；= λ = 3.4649×102/

9.36 10 v v f m s (3) 比较法

温度＝20.8℃ 信号发生器显示频率＝37.015 kHz 接受器位置序号 0 1 2 3 接受器位置坐标 接受器位置序号 接受器位置坐标

/mm

xj=xi+6 ?xi

1 5

λ j

6jj=Σλ=0

×

?3

4 95.12 10 151.58 56.46

5 104.59 11 161.09 56.50

57.65 6 114.06 56.41

67.04 7 123.50 56.46

76.38 8 132.77 56.39

86.75 9 142.26 55.51

9.40

9.41 9.40 9.25 3 86.80 434 9 146.80 606

9.41 4 96.80 465 10 156.80 635

9.42 5 106.80 491 11 166.80 663

(4)时差法 温度＝20.8℃ 接收器位置序号 i 接收器位置坐标 x/mm

i

信号发生器显示频率＝37.032 kHz 0 56.85 347 6 116.80 522

1 66.80 377 7 126.80 551

2 76.80 407 8 136.80 579

脉冲传播时间 t/us

i

接收器位置序号 i 接收器位置坐标 x/mm

i

脉冲传播时间 t/us

i

+ ?

vj =

xixi 6 t

i ti+6 ?

? / ms

1

342.57

2

344.83 348.84 348.84 352.94 348.84

1 5 υ = Σ

j= υj 6 0

= ×

3.4781 10 mm/s

(5) 环境温度为 T(℃)时的声速

ν

= ν o

(6) 不确定度的计算及实验结果

.

× + 1 + = 20 8 = 343.89m/s 331.5 1 T . o 273 15

?3

T

1 5

λ = Σ λ =

6 j=0

j

9.38 × 10 m;

2

ν

=

fλ

2

= 3.4720 × 10 m/s

Σ ( λ ? λ ) ? 6

λ i n( n ?1 ) = 6.83×10 m uA( ) =

1.21×10? 5m

u( λ ) = uA( λ ) + uB( λ ) = u( f

2

2

( )

uB= 1×10? 5m

) = uB( f ) = 5 ×10?4×37.003 ×103+1 = 19.502Hz

2

λ

uc( v= ? ?

) f

= 0.4834 m/s

u( )2 f ]

[( λ )]+ [

u

λ

= 37.003 ×103× 9.34 ×10?3×1.3986 ×10?3

取 k = 2，则 U=2 uc( v ) = 0.9668 m/s

v = v + v

() = (345.61 ± 0.97) m/s

1. 示波器在使用过程中荧光屏上只有一条水平亮线而没有被测信号是什么原因造成的 ?答：在示波器的使用过程 中，上述现象经常出现，造成这一现象的原因很多，大致可归纳为：① 示波器接地（GND）（测量时接地按键 GND 应该

弹起）；② 衰减开关 VOLTS/DIV 选择过大（测量时可先选择小些）；③ 信号发生器输出过小或没有输出；④ 信号发

生器输出直流信号；⑤ 在信号的传输中，导线或接头接触不良，也可造成该现象；⑥ 示波器的相关功能键都应选择在 正确工作状态下。 总之，影响的因素很多，要求使用者在使用前一定认真阅读教材。

2. 在测量声速时，Y(CH1)的输入信号，由于示波器的 Y 轴放大器、压电转换器、联接线路的相移等原因并不与声波的

1

位相相同，这对于观察测量声波波长有无影响? 为什么?

答：没有影响。因为波长是波在传播过程中位相差为 2π的两点间的距离，与该处位相无关，所以无影响。 3. 试比较几种测声速方法的优缺点。

答：实验讲义上共列出了三种测量方法： ①李萨如图相位比较法， ②共振法，③波形相位比较法。一般说来，李 萨如图相位比较法测量的比较准，同时便于对知识的温新和巩固，对于示波器的使用以及学生动手能力和思考问题的培

养，不失是一种较好的途径，但操作比较繁；对于共振法，判断相对要困难一些，所以测量误差一般要大一些，但可以

直观地了解共振现象；而波形相位比较法比的现象较直观，可操作性强，只是相位判别不如李萨如图相位比较法准确， 但只要认真操作，误差也不会太大。

迈克耳逊干涉仪

1

1

2

1

实验目的

(1) 了解迈克耳逊干涉仪的结构、原理及调节方法。

(2) 观察点光源的等倾干涉图样，用 He-Ne激光器校准干涉仪的精密丝杠。 （3）观察白光干涉图样，利用白光干涉测定透明薄膜的厚度。 实验方法原理

(1) 仪器的结构原理

如右上图 ，从光源 S 发出的光 ，经透镜扩束后射至分束板 G上，一部分被反射 ，一部分被透射 ，然后被相互 垂直的两平面镜 M和 M反射后经 G而在屏 E 处相遇，形成干涉条纹。

(2) 产生干涉的等效光路

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