物理实验部分预习思考题分析讨论题答案

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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Ax为合成后各点的振幅。当声波在

6、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Px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

7、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

8、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