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中南大学大学物理实验预习册习题答案.docx

发布时间：2022-06-22 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.03M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    实验一 迈克耳孙干涉仪的调整与使用 【预习思考题】 1． 迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的？ 答：迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。 2． 迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产 生的？条纹形状如何？随 M1、M2’的间距 d 如何变化？ 答：（1）等倾干涉条纹的产生通常需要面光源，且 M1、 M2’应严格平行；等厚干涉条纹的形成则需要 M1、M2’不再 平行，而是有微小夹角，且二者之间所加的空气膜较薄。 （2）等倾干涉为圆条纹，等厚干涉为直条纹。 （3）d 越大，条纹越细越密；d 越小，条纹就越粗越疏。 3． 什么样条件下，白光也会产生等厚干涉条纹？当白光等 厚干涉条纹的中心被调到视场中央时，M1、M2’两镜子的位 置成什么关系？ 答：白光由于是复色光，相干长度较小，所以只有 M1、M2’ 距离非常接近时，才会有彩色的干涉条纹，且出现在两镜交 线附近。
    当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时，说明 M1、 M2’已相交。 【分析讨论题】 1． 用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干 涉条纹有何不同？ 答：二者虽然都是圆条纹，但牛顿环属于等厚干涉的结果， 并且等倾干涉条纹中心级次高，而牛顿环则是边缘的干涉级 次高，所以当增大（或减小）空气层厚度时，等倾干涉条纹 会向外涌出（或向中心缩进），而牛顿环则会向中心缩进（或 向外涌出）。 2． 想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹 测定透明物体的折射率？ 答：首先将仪器调整到 M1、M2’相交，即视场中央能看到白 光的零级干涉条纹，然后根据刚才镜子的移动方向选择将透 明物体放在哪条光路中（主要是为了避免空程差），继续向 原方向移动 M1 镜，直到再次看到白光的零级条纹出现在刚 才所在的位置时，记下 M1 移动的距离所对应的圆环变化数 N，根据 ，即可求出 n。 实验二 用动态法测定金属棒的杨氏模量
    【预习思考题】 1．试样固有频率和共振频率有何不同，有何关系? 固有频率只由系统本身的性质决定。和共振频率是两个不同 的概念，它们之间的关系为： 式中 Q 为试样的机械品质因数。一般悬挂法测杨氏模量时， Q 值的最小值约为 50，所以共振频率和固有频率相比只偏低 0.005%，故实验中都是用 f 共代替 f 固， 2．如何尽快找到试样基频共振频率? 测试前根据试样的材质、尺寸、质量，通过（5.7-3）式估算 出共振频率的数值，在上述频率附近寻找。 【分析讨论题】 1．测量时为何要将悬线吊扎在试样的节点附近？ 理论推导时要求试样做自由振动，应把线吊扎在试样的节点 上，但这样做就不能激发试样振动。因此，实际吊扎位置都 要偏离节点。偏离节点越大，引入的误差就越大。故要将悬 线吊扎在试样的节点附近。 2．如何判断铜棒发生了共振?
    可根据以下几条进行判断： （1）换能器或悬丝发生共振时可通过对上述部件施加负荷 (例如用力夹紧)，可使此共振信号变小或消失。 （2）发生共振时，迅速切断信号源，观察示波器上李萨如 图形变化情况，若波形由椭圆变成一条竖直亮线后逐渐衰减 成为一个亮点，即为试样共振频率。 （3）试样发生共振需要一个孕育的过程，切断信号源后信 号亦会逐渐衰减，它的共振峰宽度较窄，信号亦较强。试样 共振时，可用尖嘴镊子纵向轻碰试样，这时会按图 5.7-1 的 规律发现波腹、波节。 （4）在共振频率附近进行频率扫描时，共振频率两侧信号 相位会有突变导致李萨如图形在 Y 轴左右明显摆动。 实验三 分光计的调整与使用 【预习思考题】 1. 分光计由哪几部分组成，各部分的作用是什么？ 答：分光计由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分 组成。 （1）平行光管用来提供平行入射光。 (2) 望远镜用来观察和确定光束的行进方向。 (3) 载物台用来放置光学元件。
    (4) 读数装置用来测量望远镜转动的角度。 2. 调节望远镜光轴垂直于仪器中心轴的标志是什么？ 答：通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与 分划板上“ ”形叉丝的上十字重合。 3. “+”字像、狭缝像不清晰分别如何调整？ 答：（1）“+”字像不清晰说明分划板没有位于物镜的焦平面 上，应松开目镜紧锁螺钉，前后伸缩叉丝分划板套筒，使“+” 字像清晰并做到当眼睛左右移动时，“+”字像与叉丝分划板无 相对移动，然后锁紧目镜紧锁螺钉。 （2）狭缝像不清晰说明狭缝没有位于平行光管准直透镜的 焦平面上，应松开狭缝紧锁螺钉，前后伸缩狭缝套筒，当在 已调焦无穷远的望远镜目镜中清晰地看到边缘锐利的狭缝 像时，然后锁紧狭缝紧锁螺钉。 【分析讨论题】 1. 当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处 于“ ”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明望远镜和载物台 哪部分没调好？ 当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回 来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜和 载物台哪部分没调好？应怎样调节？ 答：（1）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+” 字像处于“ ”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明载物台没 调好，望远镜已水平。应调载物台下调平螺钉 b 或 c，使双
    面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的 上十字重合。 （2）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像 处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜不水平，双面 镜镜面法线已水平。应调节望远镜倾角螺钉，使双面镜正反 两面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的上十字重 合。 2. 如何用反射法（一束平行光由三棱镜的顶角入射，在两光 学面上分成两束平行光）测三棱镜的顶角？ 解：如图所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱镜顶 角上，分别射向三棱镜的两个光学面 AB 和 AC，并分别被 反射。由反射 反射法光路图 定律和几何关系可证明反射光线 1、2 的夹角 与棱镜顶角 关 系为 先使望远镜接收光线 1，记下两个角游标的读数 和 ，然后， 再转动望远镜使望远镜接收光线 2，记下两个角标读数 和 ， 两次读数相减即得 实验四 用牛顿环法测定透镜的曲率半径 【预习思考题】 1．白光是复色光，不同波长的光经牛顿环装置各自发生干 涉时，同级次的干涉条纹的半径不同，在重叠区域某些波长
    的光干涉相消，某些波长的光干涉相长，所以牛顿环将变成 彩色的。 2．说明平板玻璃或平凸透镜的表面在该处不均匀，使等厚 干涉条纹发生了形变。 3．因显微镜筒固定在托架上可随托架一起移动，托架相对 于工作台移动的距离也即显微镜移动的距离可以从螺旋测 微计装置上读出。因此读数显微镜测得的距离是被测定物体 的实际长度。 4．（1）调节目镜观察到清晰的叉丝；（2）使用调焦手轮 时，要使目镜从靠近被测物处自下向上移动，以免挤压被测 物，损坏目镜。（3）为防止空程差，测量时应单方向旋转 测微鼓轮。 5．因牛顿环装置的接触处的形变及尘埃等因素的影响，使 牛顿环的中心不易确定，测量其半径必然增大测量的误差。 所以在实验中通常测量其直径以减小误差，提高精度。 6．有附加光程差 d0,空气膜上下表面的光程差 =2dk+d0+ , 产生 k 级暗环时, =(2k+1) /2，k=0,1,2…,暗环半径 rk= ；则 Dm2=(m —d0)R，Dn2= (n —d0)R，R= 。 【分析讨论题】 1． 把待测表面放在水平放置的标准的平板玻璃上，用平行 光垂直照射时，若产生牛顿环现象，则待测表面为球面；轻
    压待测表面时，环向中心移动，则为凸面；若环向中心外移 动，则为凹面。 2．牛顿环法测透镜曲率半径的特点是：实验条件简单， 操作简便，直观且精度高。 3．参考答案 若实验中第 35 个暗环的半径为 a ,其对应的实际级数为 k, a2=kR k= =2d35+ +d0=(2k+1) d= (k=0,1,2…) 实验七 用惠斯通电桥测量电阻 【预习思考题】 1. 电桥的平衡与工作电流 I 的大小有关吗？为什么？ 答：电桥的平衡与工作电流 I 的大小无关。电桥接通后，一 般在桥路上应有电流流过，检流计的指针会发生偏转。适当 调节 R1、R2、Rs 的值，使检流计中的电流 Ig 等于零，指 针应指在零位，这时电桥达到了平衡。电桥达到平衡后应满 足： I1=I2 Ix=Is UAB=UAD UBC=UDC 即 则 ——电桥的平衡条件 由电桥的平衡条件可知，电桥的平衡与工作电流 I 的大小无 关。
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