13
13 波动
班号 学号 姓名 成绩
一、选择题
（在下列各题中，均给出了4个~5个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内）
1. 在下列关于机械波的表述中，不正确的是：
A. 机械波实际上就是在波的传播方向上，介质中各质元的集体受迫振动；
B. 在波的传播方向上，相位差为2π 的两质元之间的距离称为波长；
C. 振动状态在介质中传播时，波线上各质元均可视为新的子波波源；
D. 波的振幅、频率、相位与波源相同；
E. 波线上离波源越远的质元，相位越落后。 （D ） [知识点] 机械波的概念。
[分析与题解]平面简谐波在弹性介质中传播，介质中各质元都做受迫振动，各质元均可视为新的子波波源，因此，各质元的振幅、频率与波源是相同的，但各质元的相位是沿传播方向逐点落后的。
2. 平面简谐波波函数的一般表达式为])(cos[?ω+=u
x
t A y ，则下列说法中不正确
的是：
A ．
u
x
ω表示波线上任一质元落后于原点处质元的相位，或者说是波线上相距为x 的两质元的相位差；
B ．
u
x
表示波从x = 0 传到 x 处所需时间； C ．)(u x -中的负号表示相位落后；)(u
x
+中的正号表示相位超前；
图13-1(a)
图13-1(b)
D ．
t
y
??是任一时刻波线上任一质元的振动速度v ，它并不等于波速u ； E ．
t
y
??表示波速u ，它与介质的性质有关。 （E ） [知识点] 波动方程中各物理量的意义。 [分析与题解]
t y ??表示波动某一质元的振动速度v ，它并不等于波速u 。一般来说t
y ??是时间的函数并且与质元位置x 有关，而波速u 只与介质的性质有关。
3．在下列关于波的能量的表述中，正确的是： A ．波的能量2
p k 2
1kA E E E =
+=； B ．机械波在介质中传播时，任一质元的E k 和E P 均随时间t 变化，但相位相差
2
π； C ．由于E k 和E P 同时为零，又同时达到最大值，表明能量守恒定律在波动中不成立； D ．E k 和E P 同相位，表明波的传播是能量传播的过程。 （D ） [知识点] 波的能量特征。
[分析与题解] 波在介质中传播时，各质元的动能和势能都随时间变化，且两者同相位，其总能量随时间变化，说明能量在传播。
能量守恒定律是自然界普遍适用的物理规律，波动中各质元的机械能不守恒，是因为前后质元作用给该质元的弹性力要做功，这也说明了波的传播是能量传播的过程。
4. 一列平面余弦波，在t = 0 时波动曲线如图13-1(a)所示，则P 点和Q 点的振动初相位分别为： A ．2π-
， 2π； B ．2π，2
π
-；
C ． 0， 0；
D ．2π， 2
3π
。 （A ）
图13-2
[知识点] 波线上任一点振动方向的判断。
[分析与题解] 依平面余弦波行波的特性，t t ?+时刻的波形如图13-1(b)所示。可知t = 0时刻，P 点向y 轴正方向运动，且00=y ，则P 点此时振动的初相位2
π
0-=P ?；Q 点与P 点相距半个波长，则Q 点与P 点必反向，则Q 点此时振动的初相位2
π2ππ0=-=Q ?。
5. 一列平面余弦波t 时刻的波形如图13-2所示，则该时刻能量为最大值的介质质元的位置是：（B ）
A ．a , c , e ；
B ．b , d , f ；
C ．a , e ；
D ．c 。
[知识点] 平面简谐波能量特征，最大能量位置判断。
[分析与题解] 波动中质元的动能、势能与总能量同相变化，且在平衡位置处动能、势能与总能量最大，在位移最大处动能、势能与总能量最小。
由题意得：b 、d 、f 在平衡位置处，且向x 轴正或负方向运动；a 、c 、e 处在位移最大处。因此，则该时刻能量为最大值的介质质元的位置是b 、d 、f 。
6. 一频率为500Hz 的平面简谐波，波速为360m / s ，则同一波线上相位差为3
π
两点间距离为：
A ．0.24m ；
B ．0.48m ；
C ．0.36m ；
D ．0.12m 。 （D ） [知识点] 波线上两点间相位差公式d λ
?π
2=
?。
[分析与题解] 已知Hz 500=ν，m/s 360=u ，则波长为 m 720500
360
.==
=
ν
λu
由波线上相隔距离为d 的两点间相位差公式d λ
?π
2=
?，得
m 1203
π
π2720π
2..=?=
?=
?λ
d
图13-3(a)
图13-3(b)
7. 已知一波动在t = 0.5s 的波形如图13-3(a)所示，波速为10m / s ，若此时P 点处介质质元的振动动能在逐渐增大，则波动方程为：
A ．)]cm 10(cos[10x
t y +
=π B ．]cm )10(cos[10πx
t πy ++=；
C ．)]cm 10(cos[10x
t πy -=；
D ．]cm )10
(cos[10ππ+-=x
t y 。 （B ）
[知识点] 由波形曲线求波动方程。
[分析与题解] 已知m/s 10=u ，由图13-3(a)的波形曲线知
cm 10=A ， m 20=λ，πrad/s 20
10
2π
2π
2π====λ
νωu
且此时P 点质元的动能在增大，应向平衡位置靠近，则下一时刻的波形曲线如图13-3(b)中虚线所示。
由行波特性知此波沿x 轴负方向传播，进而得出当t = 0.5s 时坐标原点（x = 0）的质元在平衡位置且向y 轴的正方向运动。
即 2
3π
=+?ωt 所以 π0.5π2
3π23π=?-=-=
t ω? 波动方程为 ]c m )10
(cos[10πx
t πy ++=
8. 在下列关于波的干涉的表述中，正确的是： A ．两列波在空间相遇，叠加的结果形成干涉；
B ．两列相干波干涉的结果，使介质中各质元不是“加强”，就是“减弱”（即极大或
极小）；
C ．干涉加强意味着合振幅A 有极大值，干涉减弱意味着合振幅A 有极小值；
D ．干涉加强点意味着该质元的y 不随时间变化，始终处于极大值位置；
E ．两列相干波形成干涉，某时刻介质中P 点处的质元距平衡位置为y ，且（A min < y < A max ），表明P 点一定既不是加强点，也不是减弱点。 （C ） [知识点] 波的干涉的概念。
[分析与题解] 要形成干涉必须是满足相干条件的两列波叠加而成，而不满足相干条件的两列波叠加后不能形成干涉。
干涉加强或减弱是指合振幅取极大值或极小值的情况，而干涉中还有合振幅介于两者之间（即不是“加强”也不是“减弱”）的情况存在。
干涉加强点的振幅为极大值21A A A +=，但该点仍在做简谐振动，其位移随时间在-A 与+A 之间不变化。
由min A y >只能说明P 点不是减弱点，但由max A y <不能说明P 点不是加强点。
9. 一列火车驶过火车站时，站台上的观察者测得火车汽笛声的频率由1200Hz 变为1000Hz ，空气中的声速为330m / s ，则火车的速度为：
A ．30m / s ；
B ．55m / s ；
C ．66m / s ；
D ．90m / s 。 （A ）
[知识点] 多普勒效应。
[分析与题解] 已知空气中的声速m/s 330=u ，设火车汽笛声源的频率为ν，火车的速度为v s ，则当火车驶向站台时，观察者测得火车汽笛声的声波频率为
1200330330
1=-=-=
'νννs
s u u v v (1) 则当火车驶离站台时，观察者测得火车汽笛声的声波频率为
1000330330
2
=+=+='νννs
s u u v v (2) 联立式(1)和式(2)，可得火车的速度为 m/s 30=s v
10. 在下列关于电磁波的表述中，正确的是：
A ．电磁波在传播过程中，E 、H 的振动方向相互垂直，频率相同；
B ．振幅满足
H E με=的关系；
C ．电磁波在真空中的波速c u ==
01
με；
D ．电磁波是纵波。 （A 、B 、C ） [知识点] 电磁波的性质。 [分析与题解] 电磁波是横波。
二、填空题
1. 一平面简谐波的波动方程为m 050020π2cos 20??
?
??-=...x t y ，则这列波的角频率为=ω πr a d /s
100 ，波速u = 2.5 m /s ，其沿 x 轴正 方向传播。 [知识点] 根据波动方程求描述波动的特征量。 [分析与题解] 波动方程的标准式为
??
????+??? ??-=???
??+-=?λ?ωx T t A u x t A y π2cos )(cos
经比较，可得出：m 20.=A ，s 020.=T ，m 050.=λ，0=?。
则角频率为 πrad/s 100020π
2π2===
.T ω 波速为 m/s 5202005
0...==
=T u λ 由波动方程中的)05
0(.x
-项，可判断该平面简谐波是沿x 轴正方向传播的。
2. 波源位于x = -1m 处，其振动方程为m 3ππ2cos 50??
?
?
?+
=t y .，此波源产生的波无吸收地分别向x 轴正、负方向传播，波速u = 2 m/s ，则向x 轴正向传播的波动方程为y 1 =
m 32πππ2cos 50??? ??
--x t .，则向x 轴负向传播的波动方程为y 2 =
m 34πππ2cos 50??? ?
?
++x t . 。
[知识点] 沿x 轴正、负方向传播的波动方程的建立。
[分析与题解] 沿x 轴正方向传播的波动方程为 ??
? ?
?+-=1)(cos ?ωu
x t A y
将m 1-=x 代入上式并与给定的该点的振动方程为m 3ππ2cos 50??
?
?
?+
=t y .相比较，有 3
π
1=
+-
?ωu x
且πrad/s 2=ω
即 3
2π
21)(π23π3π1-=-?+=+=u x ω?
则沿x 轴正方向传播的波动方程为 m π32)2
π(2cos 050??
? ?
?
-
-=x t y . 同理，沿x 轴负方向传播的波动方程为 ??
? ?
?++=2)(cos ?ωu
x t A y 则有 3
4π21)(π23π3π2=-?-=-=
u x ω? 则沿x 轴负方向传播的波动方程为 m π34)2π(2cos 050??
? ??
++=x t y .
3. 一沿x 轴正方向传播的平面简谐波，波速为u = 10 m/s ，频率为ν = 5Hz ，振幅A = 0.02m 。t = 0时，位于坐标原点处的质元的位移为y 0 = 0.01m ，速度0d d >t
y
，则此列波的波动方程为=y m 3πππ10cos 020??
?
?
?--x t .；位于x 1 = 4m 和x 2 = 4.1m 处两质元的相位差 φ = π10. 。
[知识点] 波动方程的建立，波线上两质元间相位差公式d λ
?π
2=?。
[分析与题解] rad/s π10π2==νω，m 2==
ν
λu
由m 0100.=y 且m 020.=A ，有 010cos 0200..==?y 即 21c os =
?，3
π±=? 由题意已知t = 0时，00>y ，且
0d d >t
y
，得初相位? 应在第四象限，则 3
π-=?
则沿x 轴正方向传播的波动方程为
图13-4(a)
图13-4(b)
??? ?
?--=3π)10(01cos 020x t πy .m 3ππ0π1cos 020??? ??
--=x t . 两质元的相位差为 0.1π)04.14(2
π
2)(π
2π
212=-?=
-=
=?.x x d λ
λ?
4. 一列波在t = 0时的波动曲线如图13-4(a)所示，则可知： 波长λ = 0.5m ；
O 点的振动方程为y 0 = m 2ππ40cos 050??
? ?
?-
t . 波动方程为y = m 2π)10(40cos 050??
? ?
?-+
x t π. 相位差为?φ = 0.8π的两质元相距为?x = 0.2m 。
[知识点] 由波动曲线建立波动方程，波线上两质元间相位差公式d λ
?π
2=?。
[分析与题解] 由波形曲线知，m 50.=λ，m 050.=A ，rad/s π405
010
π
2π2===.λ
ωu
对坐标原点的质元，当t = 0时，00=y ，则有
0cos 0500==?.y
即 0cos =?，2
π±
=? 由于波动曲线沿x 轴负方向传播，则下一时刻的波形曲线如图13-4(b)所示，则此时
0d d >t
y
，得初相位? 应在第四象限，则 2
π-
=? O 点的振动方程为 m 2ππ40cos 050??
? ?
?-
=t y O .
波动方程为 m 2ππ4π40cos 0502π)10(40cos 050??? ?
?
-+=??? ?
?-+=x t x t y ..π 两质元相距为 0.2m π80π
25
0π
2=?=
?=?..?λ
x
5. 一列波由波疏介质向波密介质传播，在两介质的分界面上反射，则反射波的相位将 会发生π相位的突变（相当于发生了半个波长的变化） ，这个现象称为 半波损失 。 [知识点] 半波损失的概念。
6. 已知驻波方程为t x y 800cos 20cos 040.=（SI ），则形成该驻波的两列行波的振幅A =
0.02 m ，波速u = 40 m/s ，相邻两波节的距离为?x = m 20
π
。 [知识点] 根据驻波方程求描述驻波的特征量。 [分析与题解] 驻波方程的标准式为
t x
A y ωλ
cos π
2cos 2?=
经比较，可得出：m 020.=A ，m 10
π
202π==λ，rad/s 800=ω 则 Hz π
400
π2=
=
ω
ν，m/s 40==λνu
相邻两波节的距离为 m 20
π
2=
=?λx
7. 一列平面波简谐波，频率为v ，波长为λ，由波疏介质向波密介质传播，并在两介质分界面上E 点反射回来，已知O 点处质元的运动方程为??
?
?
?
+=2ππ2cos 0t A y ν（SI ）
，OE = L （如图13-5所示），则
入射波的波动方程为y 入 = ??
? ?
?+
-
2ππ2π2cos λ
νx
t A ； 反射波的波动方程为y 反 = ??
? ?
?+
--23π)2(π
2π2cos x L t A λ
ν 。 [知识点] 波动方程的建立，半波损失。
图13-5
[分析与题解] 取如图所示坐标正方向，已知坐标原点O 点处质元的振动方程为
??? ?
?
+=2ππ2cos 0t A y ν
则入射波的波动方程为 ??
? ?
?
+-
=2ππ
2π2cos x t A y λν入 入射波传到E 点的振动方程为 ??
? ?
?
+-
=2ππ2π2cos E L t A y λν入 在E 点反射由于是由波疏介质向波密介质分界面上的反射，是有半波损失（即π相位的突变）的，所以反射波从E 点反射后E 点的振动方程为
??
?
??++-=π2ππ2π2cos E L t A y λν反
在波线上（x 轴）任设一P 点，其位置坐标为x ，则反射波从E 点传播到P 点的距离为（x L -），P 点的相位比E 点落后)(π
2x L -=
?λ
?。
则反射波传到P 点的振动方程为
??
?
??--++-=)(π2π2ππ2π2cos P x L L t A y λλν反
??? ?
?
+--=23π)2(π2π2cos x L t A λν
波线上任一点的振动方程就是沿该波线传播的波的波动方程。所以，反射波的波动方程为 ??? ?
?
+
--
=23π)2(π
2π2c o s x L t A y λ
ν反???
?
?
-+-=2ππ2π4π2c o s x L t A λλν
8. 一列平面波简谐波在介质中传播，波速m/s 10013
?=.u ，振幅为m 10014
-?=.A ，频率为Hz 10013
?=.ν，介质密度为
32kg/m 1008?=.ρ，则该波的能流密度为I =
35W/m 10581?.；在60s 内垂直通过面积为24m 1004-?=.S 的总能量为W = 3
10793?.J 。
[知识点] 波的能流密度（波强）的计算。
B S v
声源
反射面
观
察者
图13-6
[分析与题解] 该波的能流密度（波强）为
2221ωρuA I =
22)π2(21
νρuA = 232432)101.0(2π)10(1.010*******
1
?????????=-.. 25W/m 10581?=.
总能量为 t IS W ?=J 10793601004105813
45?=????=-...
9. 一个功率为W 的波源位于O 点，以O 为圆心作两个同心球面，它们的半径分别为r 1和r 2，则通过这两个球面的能流密度之比为=21:I I 2122:r r ；若在两个球面上分别取面
积1S ?和2S ?，则通过它们的平均能流分别为=1
P
121π4S r W ? 和=2P 22
2
π4S r W
? 。 [知识点] 波的能流密度（波强）和平均能流的计算。
[分析与题解]以波源为球心，r 1和r 2 为的半径的球面处波的强度分别为
21114πr W S W I ==
球面， 2
222
4πr W
S W I ==球面 则通过这两个球面的能流密度之比为 21
2
221r r I I =
由波的能流密度S
P
I =
，得平均能流为IS P =。 则通过球面上的面积1S ?和2S ?的平均能流分别为
121111π4S r W S I P ?=
?=， 22
2
222π4S r W
S I P ?=?=
10. 多普勒效应指的是： 波源与观测者相对于介质有相对运动时，观测者测得的频率要发生变化的现象 。
现有一声源S ，其振动频率为2040Hz ，以速度v = 0.25 m/s 向一反射面接近，如图13-6所示，观察者B 处测得直接由声源S 传播过来的波的频率为=1
ν 2038.5Hz ；测得由反射面
B
图13-7
反射回来的波的频率为=2ν 2041.5Hz （声速取u = 340 m/s ）
。 [知识点] 多普勒效应。
[分析与题解] 已知声速m/s 340=u ，波源运动m/s 250.=v 直接由声源S 传播过来的波的频率为
Hz 52038204025
0340340
01..=?+=+=
ννv u u 反射面反射回来的波的频率为
Hz 52041204025
034034002..=?-=-=
ννv u u
三、计算与证明题
1. 利用波的干涉原理制成的发动机排气噪声的消声器，如图13-7所示。排气噪声的声波到达A 点时，分成直管和弯管两个声通道，到达B 点时，两列声波因干涉而相消。若噪声频率Hz 300=ν，声速m/s 340=u ，则图13-7中直管与弯管的长度差（声波的波程差）至少应为多少？
[分析与解答] 根据两列声波相位差与波程差的关系，并考虑21??=和相干相消条件，有
)π12()
π(212+=-=
?k r r λ
?
（???±±=210,,k ，）
则波程差为 )12(2
12+=
-=?k r r r λ
令式中0=k ，则Δr 至少应为
m 570300
234022.=?===?νλ
u r
2. 一列角频率为ω的平面简谐波，速度为u ，沿x 轴正方向传播。
（1）已知t = 0时波动曲线（如图13-8(a)所示），试画出该时刻x 轴上各质元的振动速度v 与坐标x 的关系曲线。
（2）如图11-8(b)所示为t 时刻波线上各质元的v — x 曲线，试画出该时刻的波形图。 [分析与解答] 利用y 与v 的相位关系得 t = 0时v —x 的关系曲线，t 时刻的波形图如图所示。
图13-9
A
A ω
-A ω
A -A A
-A
-A
（a ） （b ）
图13-8
3. 如图13-9所示，一列平面简谐波m 050.=A ，频率Hz 100=ν，波速m/s 4=u ，沿x 负方向传播。当t = 0时，距O 点为b = 0.1m 的N 点处质元过平衡位置，且向正方向运动。试求：
（1）N 点处的质元的运动方程；
（2）波线上任一点P 处质元的运动方程； （3）当t = 1s 时，x = 1m 处质元的相位。
[分析与解答]（1）m 050.=A ，πrad/s 200π2==νω 按题设条件，在t = 0时，N 点处质元00=N y ，且00>N v ，则N 点处质元的初相位为
2
π
-
=? 则N 点的运动方程为 )m 2
ππ200cos(050-
=t y N . （2）由于波沿x 负向传播，故P 点的相位超前N 点u
b x )
(-ω
则任一点P 的运动方程为 ()]2π
π2005c o s
[00--+=u b x t y ω. =()]2
π
410π200π200cos[050--+
..x t
1
2
P 2
x
图13-10
=]m 2
11π
π50π200cos[050-
+x t . （3）x = 1m 时，此处质元的振动方程为
]211π
π50π200cos[050-+=t y .' t = 1s ，则该处质元相位为：244.5π2
489π
==+?ωt
4. 如图13-10所示，S 1和S 2是波长均为λ 的两个相干波的波源，相距4
λ
，振幅均为A 0，且S 1的相位较S 2超前了
2
π
。若两列波在S 1和S 2连线方向上的各点的强度相同，不随距离变化，且两波的强度都为I 0。试求：
（1）S 1和S 2连线上，在S 1左侧各点的合成波的强度为多少？
（2）S 1和S 2连线上，在S 2右侧各点的合成波的强度为多少？
[分析与解答] （1）按题意，在S 1左侧任选一点P 1，设x r S P ==111，则4
221λ
+==x r S P ，
且知 2
π
12-=-?? 故S 1和S 2到P 1的相位差为
)4
(π
2)(π
2121212x x r r -+
-
-=--
-=?λ
λ
??λ
???π2
π
2π-=--
= 满足干涉减弱条件)π12(+=?k ?，合振幅为 0=A 故S 1左侧任一点P 1的合成波的强度为 01=I
表明S 1左侧无波传播。
（2）同理，在S 2右侧任选一点P 2，知S 1和S 2到P 2的相位差为
)4-(π
2)(π
2121212λλ??λ
???--
-=--
-=?x x r r 02
π
2π=+-= 满足干涉加强条件π2k =??，合振幅为 A = 2A 0 则S 2右侧任一点P 2各点的合成波的强度 2
02
24A A I =∝
5. 设入射波方程为)]π(
2cos[1λ
x
T t A y +=，在弦上传播并在x = 0处反射，反射点为
x
图13-11
自由点，如图13-11所示。试求：
（1）反射波的波动方程； （2）合成波动方程； （3）波腹和波节的位置。
[分析与解答] （1）由题设条件可知，y 1沿x 轴负方向传播，在x = 0处反射，且反射点为自由端，即无相位突变的半波损失，则反射波方程为 )]π(
2cos[2λ
x T t A y -= （2）合成波的方程为 ??? ??=??? ??=+=T t A T t x
A y y y π2cos π2cos π2cos
221'λ （3）由λ
x
A A π2cos
2='，得
波腹处：1π2cos
=λx
，即
ππ2k x
=λ
，则
2
λ
k
x = （ ,,,210++=k ）
波节处：0π2cos
=λ
x
， 即
)π12(π2+=k x
λ
，则
4
)
12(λ
+=k x （ ,,,210++=k ）
四、论述题
试以“行波与驻波”为题，练习写一篇物理小论文。 [提示] 行波与驻波两者本质的区别如下：
形成机理：行波是由简谐振动在弹性介质中的传播所形成，而驻波是由两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反的方向传播叠加的结果。
能量特征：行波伴随着能量的传播，驻波能量被限制在小区段中，并不传播。 相位特征：行波波线上各质元振动的相位不同；驻波相邻波节间的质元相位相反。 振幅特征：行波在波线各点均作振幅相等的简谐振动，波形在传播；驻波在波线上各点作振幅不同的简谐振动，波形被驻定。
《大学物理实验》课程简介 及教学大纲 课程编号： 适用专业：工科类通用 学制：四年本科 学时：60学时 学分： 石家庄经济学院教务处审定 二零零五年三月
编写朱孝义张素萍 审定张道明 讨论朱孝义张素萍赵惠裘平一郭涛
目录 一．物理实验课的地位、任务和作用 (4) 二．实验内容及基本要求 (4) 三．实验课程安排及课时分配 (7) 四．对各个实验的具体教学要求 (8)
本大纲是依据国家教委颁发的《高等工业学校物理实验课程教学基本要求》，并结合我校的具体情况制定的。 一、物理实验课的地位、任务和作用 物理实验是对高等工业学校学生进行科学基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后受到的系统实验方法和实验技能训练的开端，是工科类专业对学生进行科学实验训练的重要基础。 物理学是一门以实验为基础的科学，物理实验教学和物理理论教学具有同等重要的地位，它们既有深刻的内在联系和配合，又有各自的任务和作用。 本课程应在中学物理实验的基础上，按照循序渐进的原则，学习物理实验知识、方法和技能，使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，为今后的学习和工作奠定良好的基础。 本课程基本任务： 1．通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理的理解。 2．培养与提高学生的科学实验能力，其中包括： （1）能够自行阅读实验教材和资料，作好实验前的准备。 （2）能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器。 （3）能够应用物理学理论对实验现象进行初步分析判断。 （4）能够正确记录和处理实验数据，绘制曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告。 （5）能够完成简单的设计性实验。 3．培养与提高学生的科学素养，要求学生具有对待科学实验一丝不苟的严谨态度和实事求是的科学作风。 二、实验内容及基本要求 1．绪论： 教学内容（教师讲授） （1）物理实验课的教学任务、教学方式、预习和实验报告的要求及实验室规则。 （2）介绍测量误差、有效数字及数据处理的基础知识，内容包括：测量分类、测量误差的基本概念、系统误差的分析、偶然误差的估 计、直接测量结果的误差表示、间接测量的误差计算。有效数字 的性质和运算。处理实验数据的一些重要方法，例如：列表法、
实验一：物体密度 1、量角器的最小刻度是0.5.为了提高此量角器的精度，在量角器上附加一个角游标，使游标30个分度正好与量角器的29个分度的等弧长。求：（1、）该角游标的精度；（ 2、）如图读数 答案：因为量角器的最小刻度为30’.游标30分度与量角器29 分度等弧长，所以游标精度为30/30=1，图示角度为149。45’ 2、测定不规则的固体密度时，若被测物体浸入水中时表面吸附着水泡，则实验结果所得密度值是偏大还是偏小?为什么？ 答案：如果是通过观察水的体积的变化来测量不规则物体的体积,那么计算的密度会减小,因为质量可以测出,而吸附气泡又使测量的体积增大（加上了被压缩的气泡的体积）所 以密度计算得出的密度减小 实验二：示波器的使用 1、示波器有哪些组成部分？每部分的组成作用？ 答案：电子示波器由Y偏转系统、X偏转系统、Z通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。 Y偏转系统的作用是：检测被观察的信号，并将它无失真或失真很小地传输到示波管的垂直偏转极板上。 X偏转系统的作用是：产生一个与时间呈线性关系的电压，并加到示波管的x偏转板上去，使电子射线沿水平方向线性地偏移，形成时间基线。 Z通道的作用是：在时基发生器输出的正程时间内产生加亮信号加到示波管控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。 示波管的作用是：将电信号转换成光信号，显示被测信号的波形。 幅度校正器的作用是：用于校正Y通道灵敏度。 扫描时间校正器的作用是：用于校正x轴时间标度，或用来检验扫描因数是否正确。 电源的作用是：为示波器的各单元电路提供合适的工作电压和电流。 2、为什么在实验中很难得到稳住的李萨如图形，而往往只能得到重复变化的某一组李萨如图形？ 答案：因为在实验中很难保证X、Y轴的两个频率严格地整数倍关系,故李莎茹图形总是在不停旋转,当频率接近整数倍关系时,旋转速度较慢； 实验三：电位差计测量电动势 1、测量前为什么要定标？V0的物理意义是什么?定标后在测量Ex时，电阻箱为什么不能在调节? 答案：定标是因为是单位电阻的电压为恒定值，V0的物理意义是使实验有一个标准的低值，电阻箱不能动是因为如果动了电阻箱就会改变电压，从而影响整个实验；为了保持工 作电流不变.设标准电压为En,标准电阻为Rn,则工作电流为I=En/Rn,保持工作电流不变,当测量外接电源时,调节精密电阻Ra,使得电流计示数为零,有E=I*Ra,若测试过程中调节了电位器Rc,则导致I产生变化,使测得的E不准（错误）
1.质点运动学单元练习（一）答案 1．B 2．D 3．D 4．B 5．3.0m ；5.0m （提示：首先分析质点的运动规律，在t <2.0s 时质点沿x 轴正方向运动；在t =2.0s 时质点的速率为零；，在t >2.0s 时质点沿x 轴反方向运动；由位移和路程的定义可以求得答案。） 6．135m （提示：质点作变加速运动，可由加速度对时间t 的两次积分求得质点运动方程。） 7．解：（1）)()2(22 SI j t i t r -+= )(21m j i r += )(242m j i r -= )(3212m j i r r r -=-=? )/(32s m j i t r v -=??= （2）)(22SI j t i dt r d v -== )(2SI j dt v d a -== )/(422s m j i v -= )/(222--=s m j a 8．解： t A tdt A adt v t o t o ωω-=ωω-== ?? sin cos 2
t A tdt A A vdt A x t o t o ω=ωω-=+=??cos sin 9．解：（1）设太阳光线对地转动的角速度为ω s rad /1027.73600 *62 /5-?=π= ω s m t h dt ds v /1094.1cos 3 2 -?=ωω== （2）当旗杆与投影等长时，4/π=ωt h s t 0.31008.144=?=ω π = 10．解： ky y v v t y y v t dv a -==== d d d d d d d -k =y v d v / d y ??+=- =-C v ky v v y ky 2 22 121, d d 已知y =y o ，v =v o 则2020 2 121ky v C --= )(22 22y y k v v o o -+=
大物作业答案
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本习题版权归物理与科学技术学院物理系所有，不得用于商业目的 《大学物理》作业 No.5 光的衍射 班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______ 一、选择题： 1. 在如图所示的单缝夫琅禾费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很小。若使单缝宽度a 变为原来的 23，同时使入射的单色光的波长λ 变为原来的3 / 4，则屏幕E 上单缝衍射条纹中央明纹的 宽度?x 将变为原来的 [ ] (A) 3 / 4倍 (B) 2 / 3倍 (C) 9 / 8倍 (D) 1 / 2倍 (E) 2倍 解：单缝衍射中央明纹两侧第一暗纹中心间距离为中央明纹线宽度： θtg 2f x =? 由第一暗纹中心条件： λθ=sin a 即 a λ θ= sin 当θ 小时，有 θθsin tg ≈ ∴ a f x λ 2≈? 已知题意：122 3 a a = ， 4/312λλ= ,可得 ()()1112 2 2 2 12212x a f a f x ?=???? ??= =?λλ ∴ a 、λ 改变后的中央明纹宽度(?x )2变为原来宽度(?x )1的1/2 故选D 2. 波长 λ=500nm(1nm=10- 9m)的单色光垂直照射到宽度a =0.25 mm 的单缝上，单缝后面 放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹。今测得屏幕上中央明条纹一侧第三个暗条纹和另一侧第三个暗条纹之间的距离为d =12 mm ，则凸透镜的焦距f 为 [ ] (A) 2 m (B) 1 m (C) 0.5 m (D) 0.2 m (E) 0.1 m 解：由单缝衍射第一暗纹中心条件： λθ±=sin a 可得中央明纹线宽度a f x λ 2=? 而其余明纹线宽度a f x λ ='? 故中央明条纹一侧第三个暗条纹和另一侧第三个暗条纹之间的距离应是其余明纹线宽度 单缝 λa L E f O x y
01 01 质点运动学 班号467641725 学号 姓名 成绩 一、选择题 （在下列各题中，均给出了4个~6个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内） 1．在下列关于质点运动的表述中，不可能出现的情况是 A ．一质点具有恒定的速率，但却有变化的速度； B ．一质点向前的加速度减少了，其前进速度也随之减少； C ．一质点加速度值恒定，而其速度方向不断改变； D ．一质点具有零速度，同时具有不为零的加速度。 （ B ） [知识点] 速度v 与加速度a 的关系。 [分析与解答] 速度v 和加速度a 是矢量，其大小或方向中任一项的改变即表示速度或加速度在变化，且当速度与加速度间的方向呈锐角时，质点速率增加，呈钝角时速率减少。 因为质点作匀速运动时速率不变，但速度方向时时在变化，因此，A 有可能出现， 抛体运动（或匀速圆周运动）就是加速度值（大小）恒定，但速度方向不断改变的情形，故C 也有可能出现。 竖直上抛运动在最高点就是速度为零，但加速度不为零的情形，故D 也有可能出现。 向前的加速度减少了，但仍为正值，此时仍然与速度同方向，故速度仍在增大，而不可能减少，故选B 。 2． 在下列关于加速度的表述中，正确的是： A ．质点沿x 轴运动，若加速度a < 0，则质点必作减速运动； B ．质点作圆周运动时，加速度方向总是指向圆心； C ．在曲线运动中，质点的加速度必定不为零； D ．质点作曲线运动时，加速度方向总是指向曲线凹的一侧； E ．若质点的加速度为恒失量，则其运动轨迹必为直线； F ．质点作抛物运动时，其法向加速度n a 和切向加速度τa 是不断变化的，因此，加速度 22τn a a a +=也是变化的。 （ C 、D ）
工科大学物理实验课程改革与探讨 摘要：大学物理实验课程在培养工科学生的实践能力和创新能力方面起着日益重要的作用。但传统的以验证性试验为主的教学模式已越来越不能满足这一要求。为此我们在教师队伍建设、教学内容和教学方法、实验室的管理等方面进行了改革，以期实现大学物理实验课程现有的教学模式向以培养学生创新精神和实践能力为特征的素质教育教学模式的转变。 关键词：大学物理实验；改革；素质教育 “知识来源于实践，能力来源于实践，素质更需要在实践中养成；各种实践教学环节对于培养学生的实践能力和创新能力尤为重要。”大学物理实验课程是学生进人大学后系统地学习实验方法和进行实验技能训练的开端，是对大学生进行科学素质训练的重要一环，因而越来越受到重视，现已发展成为独立的基础课之一。然而，传统的以验证性试验为主的教学模式已不适应21世纪知识经济飞速发展对高等学校人才培养提出的更高要求。不利于高等教育培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才任务的完成。因此在新的教育形势下，大学物理实验课程的教学必须转变到以培养人才的创新精神和实践能力为特征的素质教育的教学模式上来。 一、加强教师队伍建设，是大学物理实验课程进行素质教育的前提 大学物理实验课程教学改革的设计、操作、执行者是教师，没有高素质的教师团队，一切改革都无从谈起。因此，加强教师队伍的建设就成为改革的首要任务。为此。我们做了以下几方面工作： 反思我们现行的实验教学，学生会做就算达到目的，对每一个实验项目挖掘不够深入，不利于培养学生的实践能力和创新能力。为了使教师充分地认识到大学物理实验课程改革是时代赋予我们的历史任务，只有进行科学的改革才能顺应历史的潮流，培养出符合时代要求的专门人才，我们定时学习、探讨有关大学物理实验课程的教改文章，使教师及时地、充分地认识到当前大学物理实验的改革前沿和取得的成果，比照我校实际教学情况。找出差距，确定大学物理实验课程的改革方向。不定期地聘请在教改方面取得成绩的教师、专家做专题报告，探讨当前教改的思路和方向，了解各个院校、相关专业的实际做法和取得的成绩。 近几年教研室引进了一批高学历、具有一定科研能力的青年教师，充实教师队伍，提高教研室的科研能力。推进教学改革不断前进。我们要求实验教师不能
《误差理论》作业参考答案 1、（1）74.63±0.05cm 或 746.3±0.5mm （2） 7.25±0.01cm 或 72.5±0.1mm （3）42.6 ±0.2s （4）27.6 ±0.2℃（5）2.734±0.001v 2、（1）2位 （2）7位（3）5位（4）6位（5）5位（6）2位 3、(1) 299300=2.99300510?；983±4=()21004.083.9?±；0.00400=4.00310-? 0.004521±0.000001=()310001.0521.4-?±；32476510?=3.2476910?； (2) 15.48g =1.548mg 410?=1.548Kg 210-? (3) m =312.670±0.002Kg =(3.1267±0.00002)510?g =(3.12670±0.00002)mg 810? (4) =t 17.9±0.1S =0.298±0.002min =(2.98±0.02)×10-1 min 4、（1）N=10.8±0.2cm （2）首位数码“0”不是有效数字，未位数码“0”是有效数字，正确答案是四位有效数字。 （3）28cm =2.8mm 210? 280mm =28.0cm （4）L=（3.8±0.2）mm 410? （5）0.0221?0.0221=“0.00048841”≈0.000488 （6） 31010.460 .1160.121500 400?≈?? 5、（1）X =81(4.113+4.198+4.152+4.147+4.166+4.154+4.132+4.170)=8 1 ?33.232 =4.154cm X ?= {() 1881-? [(4.154-4.113) 2 + (4.154-4.198)2+ (4.154-4.152)2 +(4.154-4.147)2+ (4.154-4.166)2+ (4.154-4.154)2 +(4.154-4.132)2+ (4.154-4.170)2] } 2 1 ≈0.00904～０.009cm X =X ±x ?=4.154±0.009cm 或 X =X ±x ?=4.15±0.01cm E = 154 .4009.0?100%=0.22% 或 E =15.401 .0?100% =0.23% 注：使用计算器时计算过程中有效数字的位数可以不考虑，最后结果应按照教材P6的“不确定度 取位规则”和“测量有效数字取位规则”。 (2)、X = 61（2.904+2.902+2.900+2.903+2.900+2.904）=6 413 .17=2.902167cm
班级___ ___学号____ ____姓名____ _____成绩______________ 一、选择题 1. m 与M 水平桌面间都是光滑接触，为维持m 与M 相对静止，则推动M 的水平力F 为：( B ) (A)(m +M )g ctg θ (B)(m +M )g tg θ (C)mg tg θ (D)Mg tg θ 2. 一质量为m 的质点，自半径为R 的光滑半球形碗口由静止下滑，质点在碗内某处的速率为v ，则质点对该处的压力数值为：( B ) (A)R mv 2 (B)R mv 232 (C)R mv 22 (D)R mv 252 3. 如图，作匀速圆周运动的物体，从A 运动到B 的过程中，物体所受合外力的冲量：( C ) (A) 大小为零 (B ) 大小不等于零，方向与v A 相同 (C) 大小不等于零，方向与v B 相同 (D) 大小不等于零，方向与物体在B 点所受合力相同 二、填空题 1. 已知m A =2kg ，m B =1kg ，m A 、m B 与桌面间的摩擦系数μ=0.5，(1)今用水平力F =10N 推m B ，则m A 与m B 的摩擦力f =_______0______，m A 的加速度a A =_____0_______. (2)今用水平力F =20N 推m B ，则m A 与m B 的摩擦力f =____5N____，m A 的加速度a A =_____1.7____. (g =10m/s 2) 2. 设有三个质量完全相同的物体，在某时刻t 它们的速度分别为v 1、v 2、v 3，并且v 1=v 2=v 3 ，v 1与v 2方向相反，v 3与v 1相垂直，设它们的质量全为m ，试问该时刻三物体组成的系统的总动量为_______m v 3________. 3.两质量分别为m 1、m 2的物体用一倔强系数为K 的轻弹簧相连放在光滑水平桌面上(如图)，当两物体相距为x 时，系统由静止释放，已知弹簧的自然长度为x 0，当两物体相距为x 0时，m 1的速度大小为 2 2 121 Km x m m m + . 4. 一弹簧变形量为x 时，其恢复力为F =2ax -3bx 2，现让该弹簧由x =0变形到x =L ，其弹力的功为： 2 3 aL bL - . 5. 如图，质量为m 的小球，拴于不可伸长的轻绳上，在光滑水平桌面上作匀速圆周运动，其半径为R ，角速度为ω，绳的另一端通过光 滑的竖直管用手拉住，如把绳向下拉R /2时角速度ω’为 F m A m B m M F θ A O B R v A v B x m 1 m 2 F m R
全息照相1、画出全息照相光路图 P140图 2、全息照相的影响因素 a、系统的稳定性及实验环境是否符合要求 b、参考光与物光的光程差 c、参考光与物光的夹角（30-50）为宜 d、参考光与物光的光强比（3:1-5:1）为宜 e、底片的安放 f、曝光与显影时间的控制（显影1-2分颜色变，定影2-4分，水洗2-3分） 3、全息照相和普通照相的区别 P138 普通照相是用几何光写的方法记录物体上各点的发光强度分布，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上各点的发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。 4、全息照相与普通照相的本质区别 答：全息照相和常规照相之不同在于，常规照相只是记录了被摄物体表面光线强弱的变化，即只记录了光的振幅；而全息照相则记录了光波的全部信息，除振幅外，还记录了光波的相位。这样就把空间物体光波场的全部信息都贮存记录了下来。然后利用全息照片对特定波长单色照明光的衍射，把原空间景象显现出来。
5、全息照相实验失败率很高，怎样改进 调节物光束与参考光束由分光板至感光板的光程大致相等，用透镜将物光束扩展到整个被摄物都受到均匀的光照，物光束与参考光束的夹角应为30到50度，调整参考光束与物光束的光强比，关闭室内照明灯减少其他光的干扰，控制曝光时间。 6、做全息照相时，能否用一张底片记录两个物体的像 7、全息照相中物象光和参考光的夹角小于多少度 照在感光板上的物光束和参考光束的夹角在30°~40°为宜 8、全息照相的特点 8、全息照相原理 9、全息照相利用光的干涉，将物体的（振幅）和（相位）特性以（干涉条纹）形式表现出来。 10、影响全息照相成败的条件 11、扩光束的作用是什么分光束分得的光，光强较大的是物光还是参考光，为什么 12、全息扩光镜的作用（两个分别写） 13、全息照相中的感光片是否有正反面？ 有正反面，有感光乳胶的面为正面。 传感器 1、传感器的定义 传感器是一种能把特定的被测量信息（包括物理量、化学量、生物学量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。 2、传感器通常由哪两部分组成各部分的作用是什么 传感器通常由敏感元件和传感元件组成。
荷兰物理学家安德烈·吉姆(Andre Geim)曾经做过一个有关磁悬浮的著名实验，将一只活的青蛙悬浮在 空中的技术 迈纳斯效应—完全抗磁性 零电阻是超导体的一个基本特性，但超导体的完全抗磁性更为基本。是否 转变为超导态，必须综合这两种测量结果，才能予以确定。 如果将一超导体样品放入磁场中，由于样品的磁通量发生了变化，样品的 表面产生感生电流，这电流将在样品内部产生磁场，完全抵消掉内部的外磁场， 使超导体内部的磁场为零。根据公式和，由于超导体=－1，所以超导体具有完全抗磁性。 内部B=0，故 m 超导体与理想导体在抗磁性上是不同的。若在临界温度以上把超导样品放 入磁场中，这时样品处于正常态，样品中有磁场存在。当维持磁场不变而降低 温度，使其处于超导状态时，在超导体表面也产生电流，这电流在样品内部产 生的磁场抵消了原来的磁场，使导体内部的磁感应强度为零。超导体内部的磁 场总为零，这一现象称为迈纳斯效应。 超导体的抗磁性可用下面的动画来演示，小球是用超导态的材料制成的， 由于小球的抗磁性，小球被悬浮于空中，这就是所说的磁悬浮。 下图是小磁铁悬浮在Ba-La-Cu-O超导体圆片（浸在液氮中）上方的照片。
零电阻是超导体的一个基本特性，但超导体的完全抗磁性更为基本。是否转变为超导态，必须综合这两种测量结果，才能予以确定。 如果将一超导体样品放入磁场中，由于样品的磁通量发生了变化，样品的表面产生感生电流，这电流将在样品内部产生磁场，完全抵消掉内部的外磁场，使超导体内部的磁场为零。根据公式和，由于超导体内部B=0，故cm=－1，所以超导体具有完全抗磁性。 超导材料必须在一定的温度以下才会产生超导现象，这一温度称为临界温度。
1—4 一质点的运动学方程为2t x =，()2 1-=t y (S1)。试求： (1)质点的轨迹方程：(2) 在2=t s 时，质点的速度和加速度。 [解] (1) 由质点的运动方程 2t x = (1) ()2 1-=t y (2) 消去参数t ，可得质点的轨迹方程 21)y = (2) 由(1)、(2)对时间t 求一阶导数和二阶导数可得任一时刻质点的速度和加速度 t dt dx v x 2== ()12-==t dt dy v y 所以 ()221x y v v t t =+=+-v i j i j (3) 222==dt x d a x 222==dt y d a y 所以 22=+a i j (4) 把t =2s 代入式(3)、(4)，可得该时刻质点的速度和加速度。 42=+v i j 22=+a i j 1—6 质点的运动学方程为() 2 22t t =++r i j (S1)，试求：(1)质点的轨道方程；(2)t ＝2s 时质点的速度和加速度。 [解] (1) 由质点的运动方程，可得 2 2,2x t y t ==+ 消去参数t ，可得轨道方程 2124 y x =+ (2) 由速度、加速度定义式，有 d /d 22t t ==+v r i j 22d /d 2t ==a r j 将t=2s 代入上两式，得 24=+v i j ， 2=a j 1—10 在重力和空气阻力的作用下，某物体下落的加速度为Bv g a -=，g 为重力加速度，B 为与物体的质量、形状及媒质有关的常数。设t =0时物体的初速度为零。(1)试求物体的速度随时间变化的关系式；(2)当加速度为零时的速度(称为收尾速度)值为多大? [解] (1) 由dt dv a /=得 dt Bv g dv =-
【大题】工科物理大作业04-刚体定轴转动
04 04 刚体定轴转动 班号学号姓名成绩 一、选择题 （在下列各题中，均给出了4个~5个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内） 1．某刚体绕定轴作匀变速转动，对刚体上距转轴 为r处的任一质元来说，在下列关于其法向加速度 a n 和切向加速度 a的表述中，正确的是： τ A． a、τa的大小均随时间变化； n B． a、τa的大小均保持不变； n C． a的大小变化，τa的大小保持恒定； n D． a的大小保持恒定，τa大小变化。 n （C）
[知识点］刚体匀变速定轴转动特征，角量与线量的关系。 [分析与题解] 刚体中任一质元的法向、切向加速度分别为 r a n 2ω=，r a τ β= 当β = 恒量时，t βω ω+=0 ，显然r t r a n 202)(βωω+==，其 大小随时间而变，r a τ β=的大小恒定不变。 2. 两个均质圆盘A 和B ，密度分别为ρA 和ρB ，且B ρρ >A ，但两圆盘的质量和厚度相同。若两盘对通 过盘心且与盘面垂直的轴的转动惯量分别为A I 和B I ，则 A ． B I I >A ； B. B I I 因为B A ρρ >， 所以22B A R R < 且转动惯量2 2 1mR I =，则B A I I < 3．在下列关于刚体的表述中，不正确的是： A ．刚体作定轴转动时，其上各点的角速度相同，线速度不同； B ．刚体定轴转动的转动定律为βI M =，式中 β,,I M 均对同一条固定轴而言的，否则该式不成立； C ．对给定的刚体而言，它的质量和形状是一定的，则其转动惯量也是唯一确定的； D ．刚体的转动动能等于刚体上各质元的动 能之和。 （C ） [知识点］刚体定轴转动的基本概念。 [分析与题解] 刚体定轴转动时，其上各点的角速度相同，线速度r v ω=；刚体定轴转动中，相关物理量对固定轴而言，转动惯量不仅与质量和形状有关，而且与转轴的位置有关；刚体的转动动能就是刚体上各质点的动能之和。 附件2： 理工科大学物理实验课程教学基本要求 物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。 在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。 物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。 一．课程的地位、作用和任务 物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。 物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。 本课程的具体任务是： 1.培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。培养学 生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。 2.提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精 神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。 二、教学内容基本要求 大学物理实验应包括普通物理实验（力学、热学、电磁学、光学实验）和近代物理实验，具体的教学内容基本要求如下： 1.掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力。 （1）测量误差与不确定度的基本概念，能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评估。 （2）处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算机及其应用技术的普及，应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。 2.掌握基本物理量的测量方法。 例如：长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、光强度、折射率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量，注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。 3.了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。 例如：比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉、衍射法，以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法。 4.掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用。 例如：长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、交／直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器。 各校应根据条件，在物理实验课中逐步引进在当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理技术，例如,激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光电子技术、结构分析波谱技术等。 5.掌握常用的实验操作技术。 U 2 I 2 大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括） 伏安法测电阻 实验目的 (1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理 根据欧姆定律， R = U ，如测得 U 和 I 则可计算出 R 。值得注意的是，本实验待测电阻有两只， 一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。 实验装置 待测电阻两只，0～5mA 电流表 1 只，0－5V 电压表 1 只，0～50mA 电流表 1 只，0～10V 电压表一 只，滑线变阻器 1 只，DF1730SB3A 稳压源 1 台。 实验步骤 本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学 生参照第 2 章中的第 2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录 U 值和 I 值。对每一个电阻测量 3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由 U = U max ? 1.5% ，得到 U 1 = 0.15V , U 2 = 0.075V ； (2) 由 I = I max ? 1.5% ，得到 I 1 = 0.075mA , I 2 = 0.75mA ； (3) 再由 u R = R ( 3V ) + ( 3I ) ，求得 u R 1 = 9 ? 101 &, u R 2 = 1& ； (4) 结果表示 R 1 = (2.92 ± 0.09) ?10 3 &, R 2 = (44 ± 1)& 光栅衍射 实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。 (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长 实验方法原理 《大学物理》课后作业题 专业班级： 姓名： 学号： 作业要求：题目可打印，答案要求手写，该课程考试时交作业。 第一章 质点力学 1、质点的运动函数为： 5 4;22 +==t y t x ， 式中的量均采用SI 单位制。求：（1）质点运动的轨道方程；（2）s 11=t 和s 22=t 时，质点的位置、速度和加速度。 1、用消元法 t=x/2 轨迹方程为 y=x2+5 2、运动的合成 x 方向上的速度为x'=2， y 方向上的速度为y'=8t+5 将t 带入分别求出x 和y 方向上的速度 然后合成 x 方向上的加速度为x''=0 y 方向上的加速度为y''=8 所以加速度为8 2、如图所示，把质量为m 的小球悬挂在以恒加速度水平运动的小车上，悬线与竖直方向的夹角为θ，求小车的加速度和绳的张力。 绳子的拉力F ，将其水平和竖直正交分解为 Fsinα 和 Fcosα 竖直：Fcosα=mg 水平：Fsinα=ma a=gtanα 方向水平向右 3、一质量为0.10kg 的质点由静止开始运动，运动函数为j i 23 53 += t r （SI 单位） 求在t=0到t=2s 时间内，作用在该质点上的合力所做的功。 质点的速度就是 V ＝dr / dt ＝5* t^2 i ＋0 j 即质点是做直线运动，在 t ＝0时速度为V0＝0；在 t ＝2秒时，速度为 V1＝5*2^2＝20 m/s 由动能定理得所求合力做的功是 W 合＝（m*V1^2 / 2）－（m*V0^2 / 2）＝ m*V1^2 / 2＝0.1*20^2 / 2＝20 焦耳 第二章 刚体力学 T 1 1、在图示系统中，滑轮可视为半径为R、质量为m0的匀质圆盘。设绳与滑轮之间无滑动， 水平面光滑，并且m1=50kg，m2=200kg，m0=15kg，R=0.10m，求物体的加速度及绳中的张力。 解将体系隔离为 1 m， m， 2 m三个部分，对 1 m和 2 m分别列牛顿方程，有 a m T g m 2 2 2 = - a m T 1 1 = β2 1 22 1 MR R T R T= - 因滑轮与绳子间无滑动，则有运动学条件 R aβ = 联立求解由以上四式，可得 R M m m g m ? ? ? ? ? + + = 2 1 2 1 2 β 由此得物体的加速度和绳中的张力为 2 2 1 262 .7 15 5.0 200 50 81 .9 200 2 1 - ? = ? + + ? = + + = =s m M m m g m R aβ N a m T381 62 .7 50 1 1 = ? = =N a g m T438 ) 62 .7 81 .9( 200 ) ( 2 2 = - ? = - = 第四章静止电荷的电场 1、如图所示：一半径为R的半圆环上均匀分布电 荷Q（>0）,求环心处的电场强度。 解：由上述分析，点O的电场强度 由几何关系θd d R l=，统一积分变量后，有 y x O 04 04 刚体定轴转动 班号 学号 姓名 成绩 一、选择题 （在下列各题中，均给出了4个~5个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内） 1．某刚体绕定轴作匀变速转动，对刚体上距转轴为r 处的任一质元来说，在下列关于其法向加速度n a 和切向加速度τa 的表述中，正确的是： A ．n a 、τa 的大小均随时间变化； B ．n a 、τa 的大小均保持不变； C ．n a 的大小变化，τa 的大小保持恒定； D ．n a 的大小保持恒定，τa 大小变化。 （C ） [知识点］刚体匀变速定轴转动特征，角量与线量的关系。 [分析与题解] 刚体中任一质元的法向、切向加速度分别为 r a n 2 ω=，r a τβ= 当 恒量时，t βωω+=0 ，显然r t r a n 2 02)(βωω+==，其大小随时间而变， r a τβ=的大小恒定不变。 2. 两个均质圆盘A 和B ，密度分别为 A 和 B ，且B ρρ>A ，但两圆盘的质量和厚度相同。若 两盘对通过盘心且与盘面垂直的轴的转动惯量分别为A I 和B I ，则 A ．B I I >A ； B. B I I ，所以2 2B A R R < 且转动惯量22 1 mR I = ，则B A I I < 全息照相5.5 1、画出全息照相光路图 P140图5.5-3 2、全息照相的影响因素？ a、系统的稳定性及实验环境是否符合要求 b、参考光与物光的光程差 c、参考光与物光的夹角（30-50）为宜 d、参考光与物光的光强比（3:1-5:1）为宜 e、底片的安放 f、曝光与显影时间的控制（显影1-2分颜色变，定影2-4分，水洗2-3分） 3、全息照相和普通照相的区别 P138 普通照相是用几何光写的方法记录物体上各点的发光强度分布，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上各点的发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。 4、全息照相与普通照相的本质区别？ 答：全息照相和常规照相之不同在于，常规照相只是记录了被摄物体表面光线强弱的变化，即只记录了光的振幅；而全息照相则记录了光波的全部信息，除振幅外，还记录了光波的相位。这样就把空间物体光波场的全部信息都贮存记录了下来。然后利用全息照片对特定波长单色照明光的衍射，把原空间 景象显现出来。 5、全息照相实验失败率很高，怎样改进？ 调节物光束与参考光束由分光板至感光板的光程大致相等，用透镜将物光束扩展到整个被摄物都受到均匀的光照，物光束与参考光束的夹角应为30到50度，调整参考光束与物光束的光强比，关闭室内照明灯减少其他光的干扰，控制曝光时间。 6、做全息照相时，能否用一张底片记录两个物体的像？ 7、全息照相中物象光和参考光的夹角小于多少度？ 照在感光板上的物光束和参考光束的夹角在30°~40°为宜 8、全息照相的特点？ 8、全息照相原理？ 9、全息照相利用光的干涉，将物体的（振幅）和（相位）特性以（干涉条纹）形式表现出来。 10、影响全息照相成败的条件？ 11、扩光束的作用是什么?分光束分得的光，光强较大的是物光还是参考光，为什么？ 12、全息扩光镜的作用（两个分别写） 13、全息照相中的感光片是否有正反面？ 有正反面，有感光乳胶的面为正面。 传感器7.7 1、传感器的定义 传感器是一种能把特定的被测量信息（包括物理量、化学量、生物学量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。 2、传感器通常由哪两部分组成？各部分的作用是什么？ 操作题 1、受迫振动测振幅 2、(据说，操作题不考全系照相） 3、(据说，K组做牛顿环实验) 4、弗朗克赫兹实验（A组的），...画两个峰值的就行了 5、声速的测量——XX和三个不同组的同学不约而同的考到了这个实验！建议大家好好把公式看两遍，能背就背吧，尤其是那些恶心人的误差公式，真的是要一步一步算的！！！实验特好做，数据特纠结！ 6、7.4实验（非牛顿环部分），听说和咱们实验时做的不一样，就是让测量是个条纹的间距，都是测距离，还算好做。 7、分光仪实验（我们没有做，是别的同学做的） 笔试题： 1、金属镀膜中电压值是多大？在镀膜中的作用？ V=1000V，在接近真空的条件下，高电压使氩气进行“辉光放电”，氩原子电离成氩离子，并在电场力的作用下，加速轰击靶材，靶材原子则会被溅射出来而沉积到玻璃衬底上。 2、本学期测金属薄膜的实验中的方法能否测所有厚度的薄膜？说明理由。 （不行！（这个肯定对吧）。理由：51#：不能。膜太厚的话，将不能分辨出左右（有膜和无膜处）到底相差几个二分之一波长。厚膜需要换一种方法：将空气劈尖转90° 就能观测了。如图所示 3、传感器的定义 4、画出全息照相光路图 5、全息照相的影响因素 6、什么是禁带宽度 禁带宽度是指一个能带宽度.固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带。要导电就要有自由电子存在。自由电子存在的能带称为导带。被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。禁带非常窄就成为金属了，反之则成为绝缘体。半导体的反向耐压， 正向压降都和禁带宽度有关。 7、锗的适用温度小于45℃ 8、还有个望远镜调法（答案是自准法） 9、游标卡尺上读两个示数的原因（棱镜分光仪吧，消除偏心差） 10、画出受迫振动的幅频相频曲线 11、关于误差分配的 12、最小偏向角与波长关系的 13、改变原子状态一般几种方式，分别是？ 1、以一定频率的光子来实验2、具有一定能量的原子与其碰撞进行能量交换 15、声速的理论值公式是什么？其中的T指的是什么？c0的值是多少？（此题变态程度一般，看了就会，没看就真是不知道。。。那个c0的值不是应该直接给出的么！！！！） 16、在单色仪实验中，如何提高分辨能力？ 17、全息照相和普通照相的区别（巨简单巨简单！！！） 18、6.6设计测量电阻率实验的电路图 19、7.7传感器实验中三个金属片哪个在测量时出现了零值区，为什么？ 铁片，因为金属片的磁导率和电导率越大，线圈和金属片的间距越小，涡流的反作用越强，输出电压越低，甚至输出为零，所以铁片有零值区出现。 20、全息照相中的感光片是否有正反面？ 21、当标准电阻R为0.1级时，其误差为多少？（在6.6实验中实验器材里有） 22、单色仪的光路图 23、涡流传感器的实验原理 由于电流的周期性变化，产生交变磁场H1，金属片靠近时产生磁场H2，电感线圈的等效阻抗发生变化，当各参数、系数保持不变时，阻抗Z只与线圈和金属片的距离 X有关。 24、四引线法适用于什么电阻 测量电阻阻值较低的电阻 25、全息照相实验失败率很高，怎样改进？ 27、四探针法与四引线法有什么异同？ 同：都是用来测量低电阻阻值的方法，都比较有效低消除了接线电阻和接触电阻的影响。异：四探针法比四引线法测得低电阻更为精确，可以测半导体，薄膜的电阻。 28、有和我们做的不一样实验的同学考到，声速的测量，全息照相，高温超导，幅频特性和相频特性曲线，四选二画图。 29、受迫振动实验中驱动力与***（忘记了，大家看书吧~我实在是懒得查了，书上有）为什么查90°相位角。 当驱动力f与震动物体固有f相同时，受迫振动速度幅max，产生速度共振，所以物体振动位移比驱动力之后90°。 第九章 真空中的静电场 一、选择题 ⒈ C ； ⒉B ；⒊ C ； ⒋ B ； ⒌ B ； 6.C ； 7.E ； 8.A,D ； 9.B ；10. B,D 二、填空题 ⒈ 2 3 08qb R πε，缺口。 ⒉ 0 q ε，< ; ⒊ 半径为R 的均匀带电球面（或带电导体球）; ⒋ 12 21 E E h h ε--； 2.21?10-12C/m 3; ⒌ 100N/C ；-8.85×10-9C/m 2 ; ⒍ -135V ； 45V ; ⒎ 006q Q R πε；0；006q Q R πε- ；006q Q R πε ； ⒏ 1 2 22 04() q x R πε+； 32 22 04() qx x R πε+ ； 2 R ；432.5 V/m ; 9.有源场；无旋场 (注意不能答作“保守场”，保守场是针对保守力做功讲的)。 三、 问答题 1. 答： 电场强度0E F q =r r 是从力的角度对电场分布进行的描述，它给出了一个矢量场分布的图像；而电势V =W /q 是从能量和功的角度对电场分布进行的描述，它给出了一个标量场分布的图像。 空间任意一点的电场强度和该点的电势之间并没有一对一的关系。二者的关系是： "0"p d grad ,d d P V E V V E l n =-=-=??r r r 。即空间任一点的场强和该点附近电势的空间变化率相联 系；空间任一点的电势和该点到电势零点的整个空间的场强分布相联系。 由于电场强度是矢量，利用场叠加原理计算时，应先将各电荷元产生的电场按方向进行分解，最后再合成，即： d d d d ;x y z E E i E j E k =++r r r r ， d ,d ,d x x y y z z E E E E E E ===??? 而电势是标量可以直接叠加，即：V dV =?。但用这种方法求电势时，应注意电势零点的选择。理工科大学物理实验课程教学基本要求
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