西南交大大物实验全解
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单位:西南交通大学物理实验中心项目名称:CCD传感阵列原理及驱动实验指导老师:胡清、魏云组员:陈旺20092464(09级交控二班)张晏硕20094927(09级材料二班)一、前言 (2)二、实验目的 (2)三、实验设备 (2)四、实验原理 (3)五、实验步骤 (5)六、实验结果 (7)七、实验分析与讨论 (9)八、实验现场拍照 (11)九、实验展望 (11)十、实验心得体会 (12)十一、参考文献 (13)一、前言CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)是1970年问世的新型光电半导体器件,它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的,具有光电转换、信息存储和延时等功能,又有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、线性好、灵敏度高、动态范围大、性能稳定和自扫描能力强等优点。
故在图像传感、物体外型测量、工程检测、信息存储和处理等各个领域得到广泛的应用。
采用这种测量方法还具有如下优点:1、不必在望远镜、读数显微镜、测微目镜的视场中采用目视的方法测量。
只需通过CCD 传感器在计算机显示器或示波器显示屏上可直接观察物理现象并进行数据测量、记录、处理;2、能更直接地观测光强的相对分布情况。
通过定标,可以定量测量光强的分布情况;3、对衍射峰值、谷值、光强随空间位置变化率等的确定和测量不再是凭借人们的主观上的判断,而是对光强分布转化后的数字信号进行计算机处理从而得出精确的判断,因而测量结果更精确、客观;4、测量所得的数据、图形可方便地比较、计算、存档与输出;5、此种方法可与力、热、声及光等多领域的技术手段相结合以满足科学研究和工程技术中更多的需要。
二、实验目的1、掌握用示波器观测CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和相位关系的测量方法;2、通过测量CCD驱动脉冲的时序和相位关系,理解CCD的基本工作原理;3、通过测量CCD的输出信号和驱动脉冲的相位关系,掌握CCD的基本特性;4、通过测量CCD在不同驱动频率和不同积分时间下的输出信号,理解积分时间的意义以及驱动频率和积分时间对CCD输出信号的影响;5、加深对线性CCD的光电转换特性、灵敏度、暗信号及动态范围等特性参数的理解;6、理解积分时间等因素对上述参数的影响。
N0.1 运动的描述一、选择题: 1.B解:小球运动速度2312d d t tsv -==。
当小球运动到最高点时v =0,即03122=-t ,t =2(s )。
2.B解:质点作圆周运动时,切向加速度和法向加速度分别为Rv a t v a n t 2,d d ==,所以加速度大小为:2122222d d ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+=R v t v a a a nt 。
3.A解:根据定义,瞬时速度为dt d r v=,瞬时速率为ts v d d =,由于s r d d = ,所以v v =。
平均速度t r v ∆∆=,平均速率ts v ∆∆=,由于一般情况下s r ∆≠∆,所以v v ≠ 。
4.D 解:将t kv t v 2d d -=分离变量积分,⎰⎰=-tv v t k t vv 02d d 0可得 02201211,2111v kt v kt v v +==-。
5.B解:由题意,A 船相对于地的速度i v A2=-地,B 船相对于地的速度j v B2=-地,根据相对运动速度公式,B 船相对于A 船的速度为j i v v v v v A B A B A B22+-=-=+=-----地地地地。
二、填空题:1.质点的位移大小为 -180 m ,在t 由0到4 s 的时间间隔内质点走过的路程为 191 m 。
解:质点作直线运动,由运动方程可知,t =0及t =6 s 时的坐标分别为180666,0340-=-⨯==x x所以质点在此时间间隔内位移的大小为18004-=-=∆x x x (m ) 质点的运动速度236d d t txv -==,可见质点做变速运动。
2=t s 时,v =0;2<t 时,v >0,沿正向运动;2>t s 时,v <0,沿负向运动。
质点走过的路程为2602xx x xS -+-=)m (19128180226666226333=+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯--⨯+-⨯=2.走过的路程是 0.047m ,这段时间内的平均速度大小为 0.006m/s 。
西南交大大物作业答案【篇一:2014级西南交大大物答案10】=txt>《大学物理ai》作业no.10安培环路定律磁力磁介质班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______一、判断题:(用“t”和“f”表示)??[ f ] 1.在稳恒电流的磁场中,任意选取的闭合积分回路,安培环路定理h?dl??iil都能成立,因此利用安培环路定理可以求出任何电流回路在空间任一处产生的磁场强度。
解:安培环路定理的成立条件是:稳恒磁场,即稳恒电流产生的磁场。
但是想用它来求解磁场,必须是磁场分布具有某种对称性,这样才能找到合适的安培环路,才能将??h?dl??ii中的积分简单地积出来。
才能算出磁场强度矢量的分布。
l[ f ] 2.通有电流的线圈在磁场中受磁力矩作用,但不受磁力作用。
解:也要受到磁场力的作用,如果是均匀磁场,那么闭合线圈所受的合力为零,如果是非均匀场,那么合力不为零。
[f ] 3.带电粒子匀速穿过某空间而不偏转,则该区域内无磁场。
解:根据f?qv?b,如果带电粒子的运动方向与磁场方向平行,那么它受力为0,一样不偏转,做匀速直线运动。
??[f ] 4.真空中电流元i1dl1与电流元i2dl2之间的相互作用是直接进行的,且服从牛顿第三定律。
解:两个电流之间的相互作用是通过磁场进行的,不服从牛顿第三定律。
[ t ] 5.在右图中,小磁针位于环形电流的中心。
当小磁针的n 极指向纸内时,则环形电流的方向是顺时针方向。
???解:当小磁针的n 极指向纸内时,说明环形电流所产生的磁场是指向纸内,根据右手螺旋定则判断出电流的方向是顺时针的。
二、选择题:1.如图,在一圆形电流i所在的平面内,选取一个同心圆形闭合回路l,则由安培环路定理可知: [b] (a)(b)(c)??lb?dl?0,且环路上任意一点b?0 ??lb?dl?0,且环路上任意一点b?0 ??b?dl?0,且环路上任意一点b?0l??解:根据安培环路定理知,b的环流只与穿过回路的电流有关,但是b却是与空间所有l??(d) b?dl?0,且环路上任意一点b =常量=0的电流有关。
西南交通大学大物A作业解析西南交大物理系_2013_02《大学物理AI 》作业角动量角动量守恒定律班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______一、判断题:(用“T ”和“F ”表示)[ F ] 1.如果一个刚体所受合外力为零,其合力矩一定为零。
[ F ] 2.一个系统的动量守恒,角动量一定守恒。
[ T ] 3.一个质点的角动量与参考点的选择有关。
[ F ] 4.刚体的转动惯量反映了刚体转动的惯性大小,对确定的刚体,其转动惯量是一定值。
[ F ] 5.如果作用于质点的合力矩垂直于质点的角动量,则质点的角动量将不发生变化。
二、选择题:1.有两个半径相同、质量相等的细圆环A 和B 。
A 环的质量分布均匀,B 环的质量分布不均匀。
它们对通过环心并与环面垂直的轴的转动惯量分别为A J 和B J ,则[ C ] (A) A J >B J(B) A J(D) 不能确定A J 、B J 哪个大2.绕定轴转动的刚体转动时, 如果它的角速度很大, 则[ D ] (A) 作用在刚体上的力一定很大 (B) 作用在刚体上的外力矩一定很大(C) 作用在刚体上的力和力矩都很大 (D) 难以判断外力和力矩的大小3.一个可绕定轴转动的刚体, 若受到两个大小相等、方向相反但不在一条直线上的恒力作用, 而且力所在的平面不与转轴平行, 刚体将怎样运动[ C ] (A) 静止 (B) 匀速转动 (C) 匀加速转动 (D) 变加速转动4.绳的一端系一质量为m 的小球, 在光滑的水平桌面上作匀速圆周运动. 若从桌面中心孔向下拉绳子, 则小球的[ A ] (A) 角动量不变 (B) 角动量增加(C) 动量不变 (D) 动量减少5.关于力矩有以下几种说法:(1) 对某个定轴而言,内力矩不会改变刚体的角动量 (2) 作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零(3) 质量相等,形状和大小不同的两个刚体,在相同力矩的作用下,它们的角加速度一定相等在上述说法中,[ B ] (A) 只有(2)是正确的 (B) (1)、(2)是正确的(C) (2)、(3)是正确的 (D) (1)、(2)、(3)都是正确的6. 一圆盘正绕垂直于盘面的水平光滑固定轴O转动,如图射来两个质量相同、速度大小相同,方向相反并在一条直线上的子弹,子弹射入圆盘并且留在盘内,则子弹射入后的瞬间,圆盘的角速度ω [ C ] (A) 增大 (B) 不变(C) 减小 (D) 不能确定三、填空题:1.如图所示的俯视图表示5个同样大小的力作用在一个正方形板上,该板可以绕其一边的中点P 转动。
实验二:混沌波形发生实验
实验发生过程中,依次观察到的非线性电路的振荡周期分岔现象和混沌现象:
a.单周期分岔;
b.双周期分岔;
c.四周期分岔;
d.多周期分岔;
e.单吸引子;
f. 双吸引
子。
a.单周期分岔
b. 双周期分岔
c. 四周期分岔
d. 多周期分岔
e.单吸引子
f. 双吸引子
实验三:混沌电路的同步实验
图一图二
理论上,两路波形完全相等时,图片上的这条线将是一条45度的非常干净的直线。
45度表示两路波形的幅度基本一致,线的长度表达了波形的振幅,线的粗细代表两路波形的幅度和相位在细节上的差异。
故而这条线表达出了两路波形的同步程度。
由图一可以看出,这条线的45度角度并不明显,而且非常粗糙,可以判断在实验中两路波形并不完全相等,也就是说,两路波形的同步程度还有待提高。
经过调试,示波器上图片的直线形成了一条45度的非常干净的直线,如图二所示,即两路波形达到了同步状态。
d+qO RNO.5 电势、导体与※电介质中的静电场 (参考答案)班级: 学号: 姓名: 成绩:一 选择题1.真空中一半径为R 的球面均匀带电Q ,在球心O 处有一带电量为q 的点电荷,如图所示,设无穷远处为电势零点,则在球内离球心O 距离为r 的P 点处的电势为: (A )r q04πε; (B ))(041R Qrq+πε;(C )r Qq 04πε+; (D ))(041R qQ r q-+πε;参考:电势叠加原理。
[ B ] 2.在带电量为-Q 的点电荷A 的静电场中,将另一带电量为q 的点电荷B 从a 点移动到b ,a 、b 两点距离点电荷A 的距离分别为r 1和r 2,如图,则移动过程中电场力做功为:(A ))(210114r r Q --πε; (B ))(210114r r qQ-πε;(C ))(21114r r qQ --πε; (D ))(4120r r qQ --πε。
参考:电场力做功=势能的减小量。
A=W a -W b =q(U a -U b ) 。
[ C ] 3.某电场的电力线分布情况如图所示,一负电荷从M 点移到N 点,有人根据这个图做出以下几点结论,其中哪点是正确的?(A )电场强度E M <E N ; (B )电势U M <U N ; (C )电势能W M <W N ; (D )电场力的功A >0。
[ C ]4.一个未带电的空腔导体球壳内半径为R ,在腔内离球心距离为d (d <R )处,固定一电量为+q 的点电荷,用导线把球壳接地后,再把地线撤去,选无穷远处为电势零点,则球心O 处的点势为:(A )0; (B )d q04πε; (C )-R q04πε; (D ))(1140R dq-πε。
参考:如图,先用高斯定理可知导体内表面电荷为-q ,外表面无电荷(可分析)。
虽然内表面电荷分布不均,但到O 点的距离相同,故由电势叠加原理可得。
[ D ] ※5.在半径为R 的球的介质球心处有电荷+Q ,在球面上均匀分布电荷-Q ,则在球内外处的电势分别为:(A )内r Q πε4+,外r Q04πε-; (B )内r Qπε4+,0; 参考:电势叠加原理。
©西南交大物理系_2013_02《大学物理AI 》作业 No.04能量 能量守恒定律班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______一、判断题:(用“T ”和“F ”表示)[ F ] 1.不受外力作用的系统,它的动量和机械能都守恒。
[ T ] 2.内力都是保守力的系统,当它所受合外力为零时,它的机械能必然守恒。
[ F ] 3.质点运动过程中,作用于质点的某力一直没有做功,表明该力对质点的运动 没有产生任何影响。
[ F ] 4.当物体在空气中下落时,以物体和地球为系统,机械能守恒。
[ F ] 5.图示为连接a 点和b 点的三条路径。
作用力F 对一质点做功,经由图示方向和路径,功的示数表示在图中。
由此可以判断F是保守力。
二、选择题:1. 对功的概念有以下几种说法:(1)保守力作正功时,系统内相应的势能增加。
(2)质点运动经一闭合路径,保守力对质点作的功为零。
(3)作用力和反作用力大小相等、方向相反,所以两者所作的功的代数和必然为零。
正确的是:[ C ] (A )(1)、(2)(B )(2)、(3)(C )只有(2)(D )只有(3)2. 一质点受力i x F 23=(S I )作用,沿x 轴正方向运动,从0=x 到2=x 过程中,力F作功为[ A ] (A) 8 J (B) 12 J (C) 16 J (D) 24 J3.今有一劲度系数为k 的轻弹簧,竖直放置,下端悬一质量为m 的小球。
初始状态,弹簧为原长,小球恰好与地接触。
今将弹簧上端缓慢地提起,直到小球刚能脱离地面为止,在此过程中外力作功为 [C ] (A) kg m 422 (B) k g m 322(C)(D) kg m 222 (E) k g m 2244.质量为m 的一艘宇宙飞船,关闭发动机返回地球时,可认为该飞船只在地球的引力场中运动。
已知地球质量为M ,万有引力恒量为G ,则当它从距地球中心1R 处下降到2R 处时,飞船增加的动能应等于[C] (A)2R GMm (B) 22R GMm(C) 2121R R R R GMm-(D) 2121R R R GMm - (E) 222121R R RR GMm -5.一个作直线运动的物体,其速度v 与时间t 的关系曲线如图所示。
NO.1 质点运动学和牛顿定律班级 姓名 学号 成绩一、选择1. 对于沿曲线运动的物体,以下几种说法中哪种是正确的: [ B ] (A) 切向加速度必不为零. (B) 法向加速度必不为零(拐点处除外). (C) 由于速度沿切线方向,法向分速度必为零,因此法向加速度必为零. (D) 若物体作匀速率运动,其总加速度必为零.(E) 若物体的加速度a为恒矢量,它一定作匀变速率运动.2.一质点作一般曲线运动,其瞬时速度为V ,瞬时速率为V ,某一段时间内的平均速度为V,平均速率为V ,它门之间的关系为:[ D ](A )∣V ∣=V ,∣V ∣=V ; (B )∣V ∣≠V ,∣V∣=V ; (C )∣V ∣≠V ,∣V ∣≠V ; (D )∣V ∣=V ,∣V∣≠V .3.质点作曲线运动,r 表示位置矢量,v 表示速度,a表示加速度,S 表示路程,a τ表示切向加速度,下列表达式中, [ D ](1) d /d t a τ=v , (2) v =t r d /d , (3) v =t S d /d , (4) d /d t a τ=v .(A) 只有(1)、(4)是对的. (B) 只有(2)、(4)是对的.(C) 只有(2)是对的. (D) 只有(1)、(3)是对的.(备注:经过讨论认为(1)是对的)4.某物体的运动规律为t k t 2d /d v v -=,式中的k 为大于零的常量.当0=t 时,初速为0v ,则速度v 与时间t 的函数关系是 [ C ](A) 0221v v +=kt , (B) 0221v v +-=kt , (C) 02121v v +=kt , (D) 02121v v +-=kt 5.质点作半径为R 的变速圆周运动时的加速度大小为(v 表示任一时刻质点的速率) [ D ](A) t d d v .(B) 2v R . (C) R t 2d d vv +.(D) 2/1242d d ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛R t v v .6.质点沿x 方向运动,其加速度随位置的变化关系为:a=31+3x 2. 如在x=0处,速度v 0=5m.s -1,则在x=3m处的速度为:[ A ](A )9 m.s -1; (B )8 m.s -1; (C )7.8 m.s -1; (D )7.2 m.s -1 .7.如图所示,假设物体沿着竖直面上圆弧形轨道下滑,轨道是光滑的,在从A 至C 的下滑过程中,下面哪个说法是正确的?[ E ](A) 它的加速度大小不变,方向永远指向圆心. (B) 它的速率均匀增加.(C) 它的合外力大小变化,方向永远指向圆心. (D) 它的合外力大小不变.(E) 轨道支持力的大小不断增加.8.物体作圆周运动时,正确的说法是:[ C ] (A )加速度的方向一定指向圆心;(B )匀速率圆周运动的速度和加速度都恒定不变; (C )必定有加速度,且法向分量一定不为零;(D )速度方向一定在轨道的切线方向,法向分速度为零,所以法向加速度一定为零;9.以下五种运动形式,a保持不变的运动是 [ E ]A(A )单摆的运动;(B )匀速圆周运动;(C )圆锥摆运动;(D )行星的椭圆轨道运动;(E )抛体运动; 二、填空1.已知一质点在Oxy 平面内运动,其运动学方程为22(192)r ti t j =++;r的单位为m ,t 的单位为s ,则位矢的大小rv = 24i t j + ,加速度a =4(/)j m s 。
《大学物理AI 》作业No.10安培环路定理磁力磁介质参考答案--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------****************************本章教学要求****************************1、理解磁场的高斯定理、磁场安培环路定理的物理意义,能熟练应用安培环路定律求解具有一定对称性分布的磁场磁感应强度;2、掌握洛仑兹力公式,能熟练计算各种运动电荷在磁场中的受力;3、掌握电流元在磁场中的安培力公式,能计算任意载流导线在磁场中的受力;4、理解载流线圈磁矩的定义,并能计算它在磁场中所受的磁力矩;5、理解霍尔效应并能计算有关的物理量;6、理解顺磁质、抗磁质磁化的微观解释,了解铁磁质的特性;7、理解磁场强度H 的定义及H 的环路定理的物理意义,并能利用它求解有磁介质存在时具有一定对称性的磁场分布。
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------一、选择题1.在图(a)和(b)中各有一半径相同的圆形回路L 1、L 2,圆周内有电流I 1、I 2,其分布相同,且均在真空中,但在(b)图中L 2回路外有电流I 3,P 1、P 2为两圆形回路上的对应点,则:[B ](A)2121,d d P P L L B B l B l B (B)2121,d d P P L L B B l B l B(C)2121,d d P P L L B B l B l B(D)2121,d d P P L L B B l B l B解:根据安培环路定理 内I l B L0d,可以判定21d d L L l B l B;而根据磁场叠加原理(空间任一点的磁场等于所有电流在那点产生的磁场的矢量叠加),知21P P B B。
大学物理西南交大作业参考答案公司内部档案编码:[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]电势、导体与※电介质中的静电场 (参考答案)班级: 学号: 姓名: 成绩: 一 选择题1.真空中一半径为R 的球面均匀带电Q ,在球心O 处有一带电量为q 的点电荷,如图所示,设无穷远处为电势零点,则在球内离球心O 距离为r 的P 点处的电势为:(A )r q04πε; (B ))(041R Qrq +πε; (C )rQq 04πε+; (D ))(041R qQ rq -+πε;参考:电势叠加原理。
[ B ]2.在带电量为-Q 的点电荷A 的静电场中,将另一带电量为q 的点电荷B 从a 点移动到b ,a 、b 两点距离点电荷A 的距离分别为r 1和r 2,如图,则移动过程中电场力做功为:(A ))(210114r r Q --πε; (B ))(21114r r qQ-πε;(C ))(210114r r qQ--πε; (D ))(4120r r qQ --πε。
参考:电场力做功=势能的减小量。
A=W a -W b =q(U a -U b ) 。
[ C ]3点,有人(A )电场强度E M <E N ; (B )电势U M <U N ; (C )电势能W M <W N ; (D )电场力的功A >0。
r 2 (-br 1B a(q[ C ]4.一个未带电的空腔导体球壳内半径为R ,在腔内离球心距离为d (d <R )处,固定一电量为+q 的点电荷,用导线把球壳接地后,再把地线撤去,选无穷远处为电势零点,则球心O 处的点势为: (A )0; (B )d q04πε; (C )-R q04πε; (D ))(1140R dq-πε。
外表面无电荷(可分析)。
虽然内表面电荷分布不均,但到O 点的距离相同,故由电势叠加原理可得。
[ D ]※5.在半径为R 的球的介质球心处有电荷+Q ,在球面上均匀分布电荷-Q ,则在球内外处的电势分别为: (A )内r Q πε4+,外r Q 04πε-; (B )内r Qπε4+,0; 参考:电势叠加原理。
第五章 角动量 角动量守恒定律5-1 选择题:(1)一质点作匀速率圆周运动时,(A )它的动量不变,对圆心的角动量也不变。
(B )它的动量不变,对圆心的角动量不断改变。
(C )它的动量不断改变,对圆心的角动量不变。
(D )它的动量不断改变,对圆心的角动量也不断改变。
[C] 解:质点作匀速率圆周运动时,其速度大小虽不变,但速度方向不断改变,故其动量不断改变。
而该质点对圆心角动量大小不变,方向始终垂直于圆轨道平面,指向也不变。
(2)已知地球的质量为m ,太阳的质量为M ,地心与日心的距离为R ,引力常数为G ,则地球绕太阳作圆周运动的轨道角动量为(A )GMR m (B )RGMm(C )R G Mm(D )RGMm 2 [A] 解:由万有引力定律和牛顿第二定律有R v m RmM G 22=得地球绕日运动速率RGM v =由角动量定义得GMR m mvR L ==(3)一刚体以每分钟60转绕Z 轴做匀速转动(ω沿z 轴正方向),设某时刻刚体上一点P 的位置矢量为k j i r 543++=,其单位为“m 102-”,若以“12s m 10--⋅”为速度单位,则该时刻P 点的速度为:(A )k j i v 0.1576.1252.94++= (B )j i v 8.181.25+-= (C )j i v 8.181.25--=(D )k v 4.31= [B] 解:刚体转动平面与转轴垂直,所以P 点速度无z 分量。
由题意,作出P 的位矢,可知该时刻P 点速度的x 分量为负而y 分量为正,故答案(B )正确。
(4)均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动,如图所示,今使棒从水平位置由静止开始自由下落,在棒摆动到竖直位置的过程中,下述说法哪一种是正确的?(A )角速度从小到大,角加速度从大到小。
(B )角速度从小到大,角加速度从小到大。
(C )角速度从大到小,角加速度从大到小。
~物理实验全解~来源:王怡佳的日志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S 1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。
~物理实验全解~来源:王怡佳的日志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S 1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。
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A(x)为合成后各点的振幅。
当声波在媒质中传播时,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P(x)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。
【分析讨论题】1. 利用本实验的装置如何测定光栅常数?答:与实验步骤一样,调出光谱线,已知绿光波长 m,测量一级()绿光衍射角,根据光栅方程,可计算出光栅常数d 。
2. 三棱镜的分辨本领 ,b是三棱镜底边边长,一般三棱镜约为1000cm-1。
问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨率?解:已知:实验测得 =27000, cm-1 求b。
由得 b= (cm)答:略。
实验四多用电表的设计与制作【分析讨论题】1.校准电表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高或偏低,即总向一个方向偏,试问这是什么原因造成的?欲使有正有负(合理偏向)应采取什么措施?分流电阻或分压电阻的阻值不符合实际情况,导致读数都偏高或偏低。
欲使有正有负(合理偏向)应选择合适的分流电阻或分压电阻。
2.证明欧姆表的中值电阻与欧姆表的内阻相等。
满偏时(因Rx=0)半偏时可得中值电阻综合内阻实验五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。
实验六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) (k=0,1,2…)d=实验七传感器专题实验电涡流传感器【预习思考题】1.电涡流传感器与其它传感器比较有什么优缺点?这种传感器具有非接触测量的特点,而且还具有测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响、结构简单及安装方便等优点。
缺点是电涡流位移传感器只能在一定范围内呈线性关系。
2.本试验采用的变换电路是什么电路。
本实验中电涡流传感器的测量电路采用定频调幅式测量电路。
【分析讨论题】1.若此传感器仅用来测量振动频率,工作点问题是否仍十分重要?我们所说的工作点是指在振幅测量时的最佳工作点,即传感器线性区域的中间位置。
若测量振幅时工作点选择不当,会使波形失真而造成测量的误差或错误。
但仅测量频率时波形失真不会改变其频率值。
所以,仅测量频率时工作点问题不是十分重要。
2.如何能提高电涡流传感器的线性范围?一般情况下,被测体导电率越高,灵敏度越高,在相同的量程下,其线性范围越宽线性范围还与传感器线圈的形状和尺寸有关。
线圈外径大时,传感器敏感范围大,线性范围相应也增大,但灵敏度低;线圈外径小时,线性范围小,但灵敏度增大。