物理实验

一、填空题（20分，每题2分）1．依照测量方法的不同，可将测量分为和两大类。2．误差产生的原因很多，按照误差产生的原因和不同性质，可将误差分为疏失误差、和。3．测量中的视差多属误差；天平不等臂产生的误差属于误差。4．已知某地重力加速度值为9.794m/s2，甲、乙、丙三人测量的结果依次分别为：9.790±0.024m/s2、9.811±0.004m/s2、9.795±0.006m/s2，其中精密度最高的是，准确度最高的是。5．累加放大测量方法用来测量物理量，使用该方法的目的是减小仪器造成的误差从而减小不确定度。若仪器的极限误差为0.4，要求测量的不确定度小于0.04，则累加倍数N＞。6．示波器的示波管主要由、和荧光屏组成。7．已知y=2X1-3X2+5X3，直接测量量X1，X2，X3的不确定度分别为ΔX1、ΔX2、ΔX3，则间接测量量的不确定度Δy=。8．用光杠杆测定钢材杨氏弹性模量，若光杠杆常数（反射镜两足尖垂直距离）d=7.00cm，标尺至平面镜面水平距离D=105.0㎝，求此时光杠杆的放大倍数K=。9、对于0.5级的电压表，使用量程为3V，若用它单次测量某一电压U，测量值为2.763V，则测量结果应表示为U=，相对不确定度为B=。10、滑线变阻器的两种用法是接成线路或线路。二、判断题（“对”在题号前（）中打√，“错”打×）（10分）（）1、误差是指测量值与真值之差，即误差=测量值－真值，如此定义的误差反映的是测量值偏离真值的大小和方向，既有大小又有正负符号。第1页共49页（）2、残差（偏差）是指测量值与其算术平均值之差，它与误差定义一样。（）3、精密度是指重复测量所得结果相互接近程度，反映的是随机误差大小的程度。（）4、测量不确定度是评价测量质量的一个重要指标，是指测量误差可能出现的范围。（）5、在验证焦耳定律实验中，量热器中发生的过程是近似绝热过程。（）6、在落球法测量液体粘滞系数实验中，多个小钢球一起测质量，主要目的是减小随机误差。（）7、分光计设计了两个角游标是为了消除视差。（）8、交换抵消法可以消除周期性系统误差，对称测量法可以消除线性系统误差。（）9、调节气垫导轨水平时发现在滑块运动方向上不水平，应该先调节单脚螺钉再调节双脚螺钉。（）10、用一级千分尺测量某一长度（Δ仪=0.004mm），单次测量结果为N=8.000mm，用不确定度评定测量结果为N=（8.000±0.004）mm。三、简答题（共15分）1．示波器实验中，（1）CH1（x）输入信号频率为50Hz，CH2（y）输入信号频率为100Hz；（2）CH1（x）输入信号频率为150Hz，CH2（y）输入信号频率为50Hz；画出这两种情况下，示波器上显示的李萨如图形。（8分）2．欲用逐差法处理数据，实验测量时必须使自变量怎样变化？逐差法处理数据的优点是什么？（7分）四、计算题（20分，每题10分）1、用1/50游标卡尺，测得某金属板的长和宽数据如下表所示，求金属板的面积。测量次数12345678长L/cm10.0210.009.9610.069.9810.0010.0810.02宽W/cm4.024.064.084.044.064.104.004.04第2页共49页2、用电势差计校准量程为1mV的毫伏表，测量数据如下（表中单位均为mV）。在如图所示的坐标中画出毫伏表的校准曲线，并对毫伏表定级别。毫伏表读数U0.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.9001.000电势差计读数US0.10500.21500.31300.40700.51000.60300.69700.78500.89201.0070修正值△U0.0050.0150.0130.0070.0100.003-0.003-0.0150-0.0080.007五、设计题（35分）设计内容：利用霍尔位移传感器，采用拉伸法测定钢丝的杨氏模量。设计要求：（1）简述实验原理，画出实验原理图，推导测量公式；（2）合理选用实验器材；（3）说明主要实验步骤和过程；（4）选择合适的数据处理方法，说明原因。参考答案及评分标准一、填空题（20分，每题2分）1．直接测量间接测量。2．随机误差系统误差。3．随机系统4．乙丙5．微小等量66．电子枪偏转板7．xxx23222125948．30第3页共49页9．2.763±0.009V0.3％10.分压限流二、判断题（10分，每题1分）1、√2、×3、√4、√5、√6、×7、×8、×9、×10、×三、简答题（共15分）1．（1）4分（2）4分2．答：自变量应满足等间距变化的要求，且满足分组要求。（4分）优点：充分利用数据；消除部分定值系统误差。（3分）四、计算题（18分）解：（1）金属块长度平均值：)(02.10mmL长度不确定度：)(01.03/02.0mmuL金属块长度为：mmL01.002.10%10.0B（2分）（2）金属块宽度平均值：)(05.4mmd宽度不确定度：)(01.03/02.0mmud金属块宽度是：mmd01.005.4%20.0B（2分）（3）面积最佳估计值：258.40mmdLSxyoxyo第4页共49页不确定度：2222222221.0mmLddsLsdLdLS相对百分误差：B＝%100Ss=0.25％（4分）（4）结果表达：21.06.40mmSB＝0.25％（2分）注：注意有效数字位数，有误者酌情扣分。2．解：级别5.1%10000.1015.0%100max量程a（5分）(5分)五、设计题（35分）（3分）（3分）（1）霍尔元件位移传感器工作原理：mA数字电压表KRHBANNHF第5页共49页霍尔元件置于磁场中，通以工作电流I，若磁场磁感应强度为B，则有霍尔电压：VH＝KHIB。若磁场沿Z方向存在均匀梯度dZ/dB（为恒量），则有：⊿VH＝KHI（dB/dZ）⊿Z，霍尔电压与位移成正比。先定标，作⊿VH－⊿Z曲线，求出仪器灵敏度。（5分）右图中钢丝（截面积为S）上端B点固定，霍尔元件卡在A点，AB长L，钢丝下端加砝码力F，钢丝伸长⊿L。钢丝杨氏模量为：E＝FL/（S⊿L）＝FLKHI（dB/dZ）/（S⊿VH）（5分）（2）仪器：霍尔元件位移传感器及驱动电路；数字电压表；钢丝；砝码；夹具；米尺等；千分尺等。――（5分）（3）步骤：a、定标：在磁场中霍尔元件位移传感器，测电压，作作⊿VH－⊿Z曲线，求出仪器灵敏度。b、测量：加砝码，纪录电压表读数。c、由电压值和定标曲线，求⊿Z，求E。（9分）（4）逐差法，自变量等间距变化。（或其他方法，说明原因）（5分）一、填空题（20分，每题2分）1、对直接测量量x，合成不确定度σ=；对间接测量量y（x1，x2），合成不确定度σ=。2、用一个0.5级的电表单次测量一个电学量，若指针刚好指在满刻度处，则该测量结果的相对不确定度等于；若指针指在满刻度的十分之一处，则该测量的结果的相对不确定度等于。3、示波器正常，但开机后荧光屏上看不到亮点，原因可能是（1）；（2）。4、给出到目前为止已经学过的测量电阻的两种方法、。5、测量中的千分尺的零点误差属于系统误差；米尺刻度不均匀的误差属于系统误差。6、一般情况下，总是在同一条件下对某量进行多次测量，多次测量的目的有第6页共49页两个，一是，二是。7、某学生用1/50的游标卡尺测得一组长度的数据为：（1）20.02mm，（2）20.50mm，（3）20.25mm，（4）20.20cm；则其中一定有错的数据编号是。8、测量一规则木板的面积，已知其长约为30cm，宽约为5cm，要求结果有四位有效位数，则长用来测量，宽用来测量。9、利用霍尔效应测螺线管磁感应强度分布实验中的四个副效应可归结为：、、温度梯度电压和电极不等势电压。10、学过的迈克尔逊实验和测量金属棒的线胀系数实验中主要使用的物理实验基本测量方法分别是和。二、判断题（“对”在题号前（）中打√，“错”打×）（10分）（）1、准确度是指测量值或实验所得结果与真值符合的程度，描述的是测量值接近真值程度的程度，反映的是系统误差大小的程度。（）2、精确度指精密度与准确度的综合，既描述数据的重复性程度，又表示与真值的接近程度，反映了综合误差的大小程度。（）3、系统误差的特征是它的有规律性，而随机的特怔是它的无规律性。（）4、算术平均值代替真值是最佳值，平均值代替真值可靠性可用算术平均偏差、标准偏差和不确定度方法进行估算和评定。（）5、测量结果不确定度按评定方法可分为A类分量和B类分量，不确定度A类分量与随机误差相对应，B类分量与系统误差相对应。第7页共49页（）6、用1/50游标卡尺单次测量某一个工件长度，测量值N=10.00mm，用不确定度评定结果为N=（10.00±0.02）mm。（）7、在测量钢丝的杨氏弹性模量实验中，预加1Kg砝码的目的是增大钢丝伸长量。（）8、利用逐差法处理实验数据的优点是充分利用数据和减少随机误差。（）9、模拟法可以分为物理模拟和数学模拟，因为稳恒电流场和静电场的物理本质相同，所以用稳恒电流场模拟静电场属于物理模拟。（）10、系统误差在测量条件不变时有确定的大小和正负号，因此在同一测量条件下多次测量求平均值能够减少或消除系统误差。三、简答题（共15分）1、简述利用实验方法探索物理规律的主要步骤。（5分）2、简述电位差计的基本原理。用十一线电位差计测电池电动势的操作过程中，若调至平衡状态后断开工作电流回路，这时检流计指针会如何变化？（10分四、计算题（20分，每题10分）1、用流体静力称衡法测固体密度的公式为01mmm，若测得m=（29.05±0.09）g，m1=（19.07±0.03）g，ρ0=（0.9998±0.0002）g/cm3，求固体密度的测量结果。2、根据公式HDM24测量铜圆柱体的密度。已知：M=45.038+0.004(g),D=1.2420+0.0004(cm),H=4.183+0.003(CM).试计算的不确定度，并写出结果表达式第8页共49页五、设计题（35分）设计内容：用光杠杆法测量金属棒线膨胀系数。设计要求：（1）简述实验基本原理，画出实验原理图，推导测量公式；（2）合理选用实验器材；（3）说明主要实验步骤和过程；（4）选择合适的数据处理方法，说明原因。参考答案及评分标准一、填空题（20分，每题2分）1．22us，22222121xxxyxy。2．0.29%(0.3%)，2.9%(3%)。3．x,y偏移出界，辉度太弱。4．伏安法，电桥法，替代法，欧姆表法（注：答其中两个即可）5．已定，未定。6．减小随机误差，避免疏失误差。7．（3），（4）。8．毫米尺，1/50游标卡尺。9．温差电效应，热磁效应。10．干涉法，非电量电测法。二、判断题（10分，每题1分）1、√2、√3、×4、√5、×6、×7、×8、√9、×10、×三、简答题（共10分）1．答：（1）确定研究内容和研究对象。（1分）（2）设计实验。作图，判定曲线类型，建立相应函数关系。（1分）（3）实验测量待测量的对应关系。（1分）（4）判断曲线函数形式，写出一般式，建立经验公式。（1分）(5)验证。（1分）2．答：（1）补偿原理；（2分）定标：调节电阻丝长度L0，补偿标准电池电动势E0；（2分）第9页共49页测量：调节电阻丝长度Lx，补偿未知电池电动势Ex；（2分）计算：Ex＝LxE0/L0。（2分）（2）检流计指针保持偏转，不能补偿。（2分）四、计算题（20分，每题10分）1、解：密度的最佳估计值为301/910.2cmgmmm（2分）密度的不确定度：2020212122mmmm（2分）320211212021220211mmmmmmm