物理实验预习思考题

【实验题目】发光二极管伏安特性曲线测量1．查资料，简述发光二极管的工作原理。

答:发光二极管是在普通二极管基础上进行自发复合产生辐射光的二极管半导体器件。

一般二极管主要由P型半导体和N型半导体组成，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。

发光二极管则是在其PN结中注入载流子（在半导体内运动的电荷载体。

一般指其中的自由电子或空穴）。

当注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能，达到发光的目的。

而外电场可以控制载流子的定向运动。

当给PN结加反向电压时，少数载流子难以注入，不发光。

当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从阳极流向阴极时，发光二极管的半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

同时，发光的颜色是通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和禁带宽度，实现红黄绿蓝橙多色发光。

红光管工作电压较小，颜色不同的红、橙、黄、绿、蓝的发光二极管的工作电压依次升高。

实验中发红光的二极管所用无机半导体物料一般为铝砷化镓；蓝色可以为氮化镓等；绿色为磷化镓等。

2.测量发光二极管正向伏安特性时，电流表应该采用外接还是内接法？分析原因并设计出测量电路。

答：电流表应外接。

查资料得知：发光二极管的正向工作电压一般在1.4-4v，最大正向直流电一般在5-20mA,y二极管的正向导通电阻相对于电压表的来说较小而与电流表的较为接近，采取电流表外接法，可以减小电流表的分压作用，提高结果的准确度。

3. 试说出判断发光二极管极性的方法。

答：方法1.已知：二极管所接外电压正负向不同时，特别是在电压较大时，电流的变化差异比较大。

所以，在二极管击穿电压、允许最大电流等已知的条件下，可以逐渐给二极管两端加电压观察电流变化。

当加上接近导通电压的电压值（要小于击穿电压），若电流急剧增大，则所加的是正向电压；若在加压过程中，电流增加始终特别缓慢，则判断所加的为负向电压。

⼆级物理实验思考题⼆级物理实验思考题⼀、⽤三线摆测定物体的转动惯量1.预习思考题（6）式是根据哪些条件导出的？在实验中应如何满⾜这些条件？答：是在忽略摩擦⼒、不计空⽓阻尼、下圆盘只有与扭转⽽不晃动的情况下导出，这就要求在实验中尽量选取光滑的圆盘，并使转动⾓度尽量⼩于5度。

2.如何使下圆盘转动？有什么要求？答：扭动上圆盘从⽽带动下圆盘转动，要求不得触碰下圆盘，并且转动⾓度要⼩于等于5度3.三线摆径什么位置计时误差较⼩？为什么？在下圆盘转到最低点（⾓速度最⼤）时计时。

此时三线摆处于平衡位置，得到的数据更可靠。

4.测量通过圆环中⼼轴的转动惯量时，圆环应如何放置？应⽔平放置，使圆⼼与下圆盘的圆⼼重合5.如何测量T-I曲线，测它有何意义？不断改变转动的周期，并算出相应的转动惯量，描点连线得T-I曲线，可由斜率和截距求出下圆盘本⾝的转动周期和质量。

6.如何测量通过任⼀形状物体质⼼的扭转扭转周期？可⽤三线摆测量其绕定轴的扭转周期和转动惯量，然后据平⾏轴定理，求出其绕其质⼼的转动惯量，进⽽算出其绕质⼼的扭转周期。

复习思考题：1.三线摆在摆动中受空⽓阻尼,振幅越来越⼩,它的周期是否会变化?周期减⼩，对测量结果影响不⼤，因为本实验测量的时间⽐较短。

2.三线摆放上待测物体后，其摆动周期是否⼀定⽐空盘的转动周期⼤？为什么？加上待测物体后三线摆的摆动周期不⼀定⽐空盘的周期⼤。

由下圆盘对中⼼轴转动惯量公式可知，若J/m>J0/m0，加上待测物体后，三线摆的摆动周期变⼤；若J/m3.如何测定任意形状的物体绕质⼼转动的转动惯量可⽤三线摆测量其绕定轴的扭转周期和转动惯量，然后据平⾏轴定理，求出其绕其质⼼的转动惯量4.如何⽤作图法验证平⾏轴定理⼆、声速测量预习思考题1.共振⼲涉法的理论依据是什么？如何实现？在空⽓中，⼀个平⾯状声源发出的沿与平⾯垂直的平⾯纵波，该声波在前进中遇到⼀个与之平⾏的刚性平⾯，就会发⽣反射，进⽽发⽣⼲涉形成驻波。

霍尔效应及其应用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。

用三线摆测物体的转动惯量[预习思考题]1、公式J0=m0gRr4π2HT02 依据什么物理原理导出？有什么条件？实验中如何满足这些条件？答：该公式依据机械能守恒定律和谐振动规律导出。

在公式的推导中运用了近似公式sinθ0≈θ0的条件，所以在实验操作中，转动盘扭动的角度不能大。

转动盘启动后，要观察一段时间，在转角较小时（5左右）开始测量。

2、公式J0=m0gRr4π2HT02 中的物理量，哪些是已知的？哪些是待测的？哪一个量对J0 的精度影响最大？答：公式中的已知量是 m0、g，待测量是R、r、H和T0，其中T0对J0的精度影响最大。

3、测周期时，为什么要测50个周期的总时间？答：减小误差。

用精度为0.1秒的秒表，测出一个周期的误差是0.1秒，测50个周期的误差为０.150＝０.００２秒。

[实验后思考题]1、三线摆的振幅受空气的阻尼会逐渐变小，它的周期也会随时间变化吗？答：振幅反映出谐振的强度；周期反映的是谐振的频率，这是两个意义不同的物理量。

阻尼振动的周期T=２πω02－β2，阻尼系数β是常数，所以周期不随时间而变化。

2、根据J0=m0gRr4π2HT02 和J0+J=(m0+m)gRr4π2HT2两公式分析说明：加上待测物后，三线摆的扭动周期是否一定大于空盘的扭动周期？答：不一定。

∵ (J0+J)＞J0，∴(m0+m) T2＞m0T02，或（m0+mm0）·（ＴＴ0）２＞１。

因为m0+mm0＞１，所以ＴＴ0不一定大于1，即T不一定大于T0（可以大于、等于或小于）。

3、设计验证平行轴定理的实验。

答：将质量为m的圆柱体放在下圆盘中心，测出其对质心轴的惯动量I。

，再将两相同的圆柱体（m ）对称地置于圆盘中心两侧，测出其扭摆周期T；然后再将圆柱体的间隔增加1Cm，测一次周期T，直到圆柱体移至盘边为止。

根据平行轴定理，两圆柱体对圆盘中心轴的转动惯量为：2（I+ md２）（d为圆柱体质心到中心轴的距离）。

物理实验预习实验报告册实验二：高电势电位差计的应用P8页预习思考题电位差计是测量【电动势或电压】的仪器，其基本原理是采用了【电位补偿法】。

它可以消除一般电压接入电路时由于【电压表分流】作用而产生的【系统】误差。

定标是确定电路的工作【电流】。

在测量未知电动势时，若无论如何调节，电位差计的检流计指针总是偏向一边，则是【极性】接入错误。

电位差计的灵敏度【xEnS∆∆=】电位差计的仪器误差限【)101%(x insEk+=∆】电位差计的灵敏度误差限【Ssσ=∆】实验四：用拉伸法测量金属的杨氏弹性模量P12页预习思考题从杨氏弹性模量定义出发，根据光杠杆放大原理，写出放大倍数的公式及杨氏弹性模量的实验计算公式光杆杆放大倍数【bL2】；杨氏模量【NbdmLglY∆∆=28π】次试验中需测量的长度量及长度变化量有:【d（钢丝直径）l(钢丝原长) b（光杆常数）L(标尺到光杆反射镜面的距离) N∆（标尺读书变化量）】分别用：【螺旋测微器钢尺钢尺钢尺光杠杆镜尺装置中的标尺】测量他们（填使用的测量工具名称）。

差数平均法是用来处理【两个】被测变量，且一个是【等距变化】的自变量，另一个是【因变量】。

其优点是可以【充分利用】测量数据、取【平均值】和减少【系统误差】。

实验五：双臂电桥测量低值电阻P16页预习思考题双臂电桥消除附加电阻影响的关键措施是采用了电阻的【四端接法】。

从数据处理方法的角度来考虑，作图法计算出的结果【不是最佳唯一】，最小二乘法计算出的结果【是最佳唯一】。

一元线性回归方程是【bax Y +=】,利用最小二乘法可以求出直线的【截距0R 】和【斜率k 】。

已知xR 数量级是Ω-110,标准电阻Ω=1.0N R ，估算2R 的数量级是【310-】Ω实验六：空气中声速的测量 P20页预习思考题驻波的两个相邻最大振幅(波腹)或最小振幅（波节）之间的距离等于【2λ】，于是改变接收换能器与发射换能器之间的距离就可用观察接收换能器接收的正弦波信号；可用【游标卡尺】测量两个相邻波腹波节之间接收换能器的移动距离；根据信号源上所显示的超声波频率，从而的出波在空气中的速度【fV λ=】，只就称为【驻波法】。

衍射光栅的研究[预习思考题]：1.分光计要调整到什么状态？2.写出光栅方程，并说明各量的物理意义？3.光栅方程成立的条件是什么？在实验中如何使这一条件得到满足？ 答：dsin θ＝k λ成立的条件是：平行光垂直入射。

在实验中，要调节好分光计的平行光管使其发出平行光。

为使入射的单色平行光垂直入射到光栅平面上，必须使光栅平面反射回的十字像的竖线与分划板调整叉丝竖线及零级衍射线（白线）重合。

4.什么是光栅常数？表征光栅特征的参数除了d 外，还有哪几个？如何进行测量？答：表征光栅特征的参数除了光栅常数d 外，还有光栅的角色散率ψ＝d ϕd λ＝k dcos ϕk 和光栅的分辨率本领 R ＝λ∆λ＝kN （实际值小于理论估计值KN ）。

在垂直入射条件下，只要测出光栅常数d 、光谱级数k 和与之相应的ϕk ，就可以求出光栅的角色散率ψ。

若测出光栅常数d 、光谱级数k 和暴露在入射光束中的光栅宽度L ，就可以求出光栅的分辨本领R ＝kN ＝k L d5.如果平行光与光栅平面成θ角，如何测光栅常数d ？答：如果单色平行光以光栅平面成θ角入射，则单色平行光与光栅法线夹角为α=90-θ，则光栅方程为：d(sin ϕ±sin α)=k λ (k=0、±1、±2…)式中“+”号表示ϕ与α在光栅法线同侧，“-”号表示在异侧。

设ϕ1、ϕ2分别是光栅法线两侧的衍射角，对第一级光谱线k=1，有sin ϕ2+sin α=λ/d, sin ϕ1-sin α=λ/d.将上两式相加，得sin ϕ1+sin ϕ2=2λ/dd=2λ/( sin ϕ1+sin ϕ2)显然，对于k ＝1，只要把已知的λ和测出的ϕ1和ϕ2代入上式，就可求出光栅常数d 。

6.光栅光谱的排列有何规律？7.光栅在载物台上要调整到什么状态？[实验后思考题]：1.比较棱镜和光栅分光的主要区别。

2.分析光栅面和入射平行光不严格垂直时对实验有何影响。

1. 是否可以测摆动一次的时间作周期值？为什么？答：不可以。

因为一次测量随机误差较大，多次测量可减少随机误差。

2. 将一半径小于下圆盘半径的圆盘，放在下圆盘上，并使中心一致，讨论此时三线摆的周期和空载时的周期相比是增大、减小还是不一定？说明理由。

答：当两个圆盘的质量为均匀分布时，与空载时比较，摆动周期将会减小。

因为此时若把两盘看成为一个半径等于原下盘的圆盘时，其转动惯量I0小于质量与此相等的同直径的圆盘，根据公式(3-1-5)，摆动周期T0将会减小。

3. 三线摆在摆动中受空气阻尼，振幅越来越小，它的周期是否会变化？对测量结果影响大吗？为什么？答：周期减小，对测量结果影响不大，因为本实验测量的时间比较短。

实验2 金属丝弹性模量的测量1. 光杠杆有什么优点，怎样提高光杠杆测量的灵敏度?答：优点是：可以测量微小长度变化量。

提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离b，可以提高灵敏度，因为光杠杆的放大倍数为2D/b。

2. 何谓视差，怎样判断与消除视差?答：眼睛对着目镜上、下移动，若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移，这种现象叫视差，细调调焦手轮可消除视差。

3. 为什么要用逐差法处理实验数据?答：逐差法是实验数据处理的一种基本方法，实质就是充分利用实验所得的数据，减少随机误差，具有对数据取平均的效果。

因为对有些实验数据，若简单的取各次测量的平均值，中间各测量值将全部消掉，只剩始末两个读数，实际等于单次测量。

为了保持多次测量的优越性，一般对这种自变量等间隔变化的情况，常把数据分成两组，两组逐次求差再算这个差的平均值。

实验三，随即误差的统计规律1. 什么是统计直方图? 什么是正态分布曲线?两者有何关系与区别?答：对某一物理量在相同条件下做n次重复测量，得到一系列测量值，找出它的最大值和最小值，然后确定一个区间，使其包含全部测量数据，将区间分成若干小区间，统计测量结果出现在各小区间的频数M，以测量数据为横坐标，以频数M为纵坐标，划出各小区间及其对应的频数高度，则可得到一个矩形图，即统计直方图。

实验十三拉伸法测金属丝的扬氏弹性摸量【预习题】1．如何根据几何光学的原理来调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系？如何调节望远镜？答：（1）根据光的反射定律分两步调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系。

第一步：调节来自标尺的入射光线和经光杠杆镜面的反射光线所构成的平面大致水平。

具体做法如下：①用目测法调节望远镜和光杠杆大致等高。

②用目测法调节望远镜下的高低调节螺钉，使望远镜大致水平；调节光杠杆镜面的仰俯使光杠杆镜面大致铅直；调节标尺的位置，使其大致铅直；调节望远镜上方的瞄准系统使望远镜的光轴垂直光杠杆镜面。

第二步：调节入射角（来自标尺的入射光线与光杠杆镜面法线间的夹角）和反射角（经光杠杆镜面反射进入望远镜的反射光与光杠杆镜面法线间的夹角）大致相等。

具体做法如下：沿望远镜筒方向观察光杠杆镜面，在镜面中若看到标尺的像和观察者的眼睛，则入射角与反射角大致相等。

如果看不到标尺的像和观察者的眼睛，可微调望远镜标尺组的左右位置，使来自标尺的入射光线经光杠杆镜面反射后，其反射光线能射入望远镜内。

（2）望远镜的调节：首先调节目镜看清十字叉丝，然后物镜对标尺的像（光杠杆面镜后面2D处）调焦，直至在目镜中看到标尺清晰的像。

2．在砝码盘上加载时为什么采用正反向测量取平均值的办法？答：因为金属丝弹性形变有滞后效应，从而带来系统误差。

【思考题】1．光杠杆有什么优点？怎样提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度？答：（1）直观、简便、精度高。

（2）因为L x，即x 2D，所以要提高光杠杆测量微b 2D L b小长度变化的灵敏度x，应尽可能减小光杠杆长度b（光杠杆后L支点到两个前支点连线的垂直距离），或适当增大D（光杠杆小镜子到标尺的距离为D）。

2．如果实验中操作无误，得到的数据前一两个偏大，这可能是什么原因，如何避免？答：可能是因为金属丝有弯曲。

避免的方法是先加一两个发码将金属丝的弯曲拉直。

3．如何避免测量过程中标尺读数超出望远镜范围？答：开始实验时，应调节标尺的高低，使标尺的下端大致与望远镜光轴等高，这样未加砝码时从望远镜当中看到的标尺读数接近标尺的下端，逐渐加砝码的过程中看到标尺读数向上端变化。

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。

实验一．1求λ时为何要测几个半波长的总长？答：多测几个取平均值，误差会减小2为何波源的簧片振动频率尽可能避开振动源的机械共振频率？答 当簧片达到某一频率（或其整数倍频率）时,会引起整个振动源（包括弦线）的机械共振，从而引起振动不稳定。

3弦线的粗细和弹性对实验各有什么影响，应该如何选择？答 弦线应该比较细,太粗的话会使振动不明显，弹性应该选择较好的,因为弹性不佳会造成振动不稳定4横波在弦线上传播的实验中，驻波是由入射波与反射波迭加而成的,弦线上不振动的点称为波节,振动最大的点称为波腹，两个波节之间的长度是半波长5因振簧片作水平方向的振动，理论上侧面平视应观察不到波形，你在实验中平视能观察得到吗？什么情况能观察到，为什么?答 平视不能观察到,因为。

6为了使lg λ—lgT 直线图上的数据点分布比较均匀，砝码盘中的砝码质量应如何改变?答 每次增加相同重量的砝码实验二.1.外延测量法有什么特点？使用时应该注意什么问题?答 当需要的数据在测量数据范围之外而不能测出，为了求得这个值,采用作图外推求值的方法，即先用已测的数据绘制出曲线，再将曲线按原规律延长到待求值范围,在延长线部分求出所需要的值 使用时要注意在所要值两边的点要均衡且不能太少并且在研究的范围内没有突变的情况2.物体的固有频率和共振频率有什么不同？它们之间有何联系?答 物体的固有频率和共振频率是不同的概念，固有频率指与方程的根knl=4.7300对应的振动频率，它们之间的关系为f 固= f 共2^4/11Q前者是物体的固有属性，由其结构,质量材质等决定，而后者是当外加强迫力的频率等于物体基频时，使其发生共振时强迫力的频率实验三．1．为什么实验应该在防风筒（即样品室）中进行?答：因为实验中的对公式要成立的条件之一是：保证两样品的表面状况相同,周围介质（空气）的性质不变，m ：强迫对流时m=1；自然对流时m=5/4； （实验中为自然冷却即自然对流)所以实验要在防风筒（即样品室)中进行，让金属自然冷却。