大学物理实验第二版

篇一：大学物理实验第二版课后作业参考答案清华大学出版社
《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=2.99300?105；983±4=?9.83?0.04??102；0.00400=4.00?10?3 0.004521?0.000001=?4.521?0.001??10?3；32476?105=3.2476?109；(2) 15.48g=1.548?104mg=1.548?10?2kg
(3) m=312.670±0.002kg=(3.1267±0.00002)?105g=(3.12670±0.00002)?108mg (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=2.8?102mm 280mm=28.0cm （4）l=（3.8±0.2）?104mm
（5）0.0221?0.0221=“0.00048841”?0.000488
400?1500
?4.10?103 （6）
12.60?11.60
11
5、（1）x=(4.113+4.198+4.152+4.147+4.166+4.154+4.132+4.170)=?33.232
88
=4.154cm ??=
{8?1 [(4.154-4.113)
8?12
+ (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] }
12
?0.00904～０.009cm
x=x±?x=4.154±0.009cm或 x=x±?x=4.15±0.01cm e=
0.0090.01
?100%=0.22%或e=?100% =0.23%
4.154.154
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=
117.413
（2.904+2.902+2.900+2.903+2.900+2.904）==2.902167cm 66
1??=
{6?1(0.002
6?12
+ 0.0002+ 0.0022+0.0012+ 0.0022+ 0.0022)
}
12
=
0.000017
?0.0008cm 30
0.0008
?100%=0.028%
2.9022
x±?x=2.9022±0.0008cme=(3)x=
12.0321
（2.010+2.010+2.011+2.012+2.009+1.980）=?2.0053cm 66
1
2
?x=
[6?1(0.0047
6?12
+ 0.00472+ 0.00572+0.00672+ 0.00372+ 0.02532)
]
=
0.00077534
?0.005cm
30
0.005
?100%=0.25% 2.005
x±?x=2.005±0.005cme=?
6、（1）n?
n
??a???b???c?
? ???????
?a??b??c?
2
2
222
??2?????
（2）p??u???r?
p?u??r?
（3）㏑f=㏑u +㏑v - ㏑(u-v)
dfdudvd?u?v??11?1??1
du???=??+????dv
fuvu?v?uu?v??vu?v?
vu
du?dv
uu?vvu?v2
2
=-
?????fvu
??????? u?v????f?uu?v??vu?v?
(4)㏑n=㏑m+㏑g + ㏑r+㏑r +2㏑t-2㏑4?- ㏑l
? ㏑n1? ㏑ n1?㏑ n1? ㏑ n
?? ? ?0?mm?rr?rr?g
2
?lnn?lnn2?lnn1
?0 ? ?? ???tt?ll
?n???m???r???r??2?t???l??
????????????????? n???m??r??r??t??l???
22222
1
2
7、??
mm4m4?149.183
??2??11.084gcm2
v12
?dh?dh3.142?2.04?4.124
??
????2??????0.05??2?0.01??0.01???m???d???h?=?????????0.00735 ?mdh149.182.042.04?? ??????????
2
2
2
2
2
2
3??=0.00735×11.083≈0.081≈0.09gcm
∴?????11.08±0.09g
8．解：a?
3
??
?
?
0.09
?100％≈0.81％ 11.08
1
?a1?a2?a3?a4?a5??1??2.01?2.00?2.04?1.98?1.97??2.00cm 55
2
s?a?2.002?4.00cm2l?4a?4?2.00?8.00cm
?1?0.05
?0.03cm ?a??0.012?0.002?0.042?0.022?0.032??0.02cm;?b?
5(5?1)??
??
1
2
?a?a??b?0.022?0.032?0.036?0.04cm
?s?2a?a?2?2.00?0.04?0.16cm2?0.2cm2?l?4?a?4?0.04?0.2cm ∴ s±?s=4.0±0.2cm2 ?s0.2??100％=5％ s4.0?0.2
l±?l?8.0?0.2cm l:??100%=2.5％
l8.0
9、四则运算法
(1) 478.2 (2) 49.27
+ 3.462- 3.4 —————————— 481.662 45.87
∴ 478.2+3.462=481.7 ∴ 49.27-3.4=45.9
(3)8 3 4. 5
× 2 3. 9——————— 7 5 1 0 5
2 5 0
3 5
31 6 6 9
———————1 9 9 4 4.5 5∴ 834.5×23.9＝1.994?104
(4)
∴ 2569.4÷19.5=132 (5)?7.325?2?53.66 (6) .8?5.73
(7) lg7.357=0.86670.86670(8) 2.0?10?5+2345=2345 (9)
76.00076.000
??2.000(10) 2.00?105+2345=2.02?105
40.00?2.038.0
100.0?10.0100.0??5.6?4.412? +110.0= +110.0=4.76 + 110.0=114.8
21.0?10.00098.00?77.0?10.000
(11)
(12)
89.04678??3.0811?1.98?89.04678?1.10==3?10
33
10．由不确定度传递公式计算下列函数。

(1)x?3.14,ex??
解：计算y?ex?e3.14?23.10386685 计算不确定度如下
设y?e,则lny?lne?x,相对不确定度为
x
x
?yy
??x
取?x?0.01计算,?y?e?y?0.01?23.10386685~0.3 ?y?23.1
4(2)x?3?10?5,10x??解:计算y?10x?103?10
?5
?1.00006908
设y?10x,则lny?ln10x?xln10,相对不确定度为取?x?1?10?5,
计算?y?ln10??x?y?ln10?1?10?5?1.00006908 ?2.3?10?5~3?10?5?y?1.00007
?yy
?ln10??x
(3).x??
解:?x?0.01,设y?则y??2.340939982??10.01
lny??lnx,e?y?x??0.00092
2y2x2?5.48
?y?y?e?0.003?y?2.341(4)..x?9.80,lnx??
解:?x?0.01,设..y?lnx,则..y?ln9.80?2.28238238610.01?x??0.001x9.80?y?2.282?y? (5).x?0.5376,sinx??,tgx??解:?x?0.0001,设..y1?sinx,y2?tgx
则...y1?sin0.5376?0.512076108,y2?tg0.5376?0.596172097
?y1?cosx?x?cos0.5376?0.0001~0.00009?y1?0.51208
10.00010.0001
?y2????~0.0002x
cos2xcos20.53730.7375?y2?0.5962
p74
1.设电阻箱的额定功率p?0.5w，问当取值r?4321.6?时允许通过的电流等于多少？解：i? p0.5??0.02236a取2
2.3ma r1000
5
1．电阻箱的准确度等级为0.2级，当取值为56.3?时，其误差?r等于多少？篇二：大学物理实验(第二版)苏大版课后思考题及预习题答题
实验一物体密度的测定
【预习题】
1．简述游标卡尺、螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项。

答：（1）游标卡尺的测量原理及使用时的注意事项：
游标卡尺是一种利用游标提高精度的长度测量仪器，它由主尺和游标组成。

设主尺上的刻度间距为y，游标上的刻度间距为x，x比y略小一点。

一般游标上的n个刻度间距等于主尺上(n-1)个刻度间距，即nx?(n?1)y。

由此可知，游标上的刻度间距与主尺上刻度间距相差,这就是游标的精度。

教材p33图1-2所示的游标卡尺精度为1mm,即主尺上49mm与游标上50格同长，如教材图1-3所示。

这样，游501n
标上50格比主尺上50格（50mm）少一格（1mm），即游标上每格长度比主尺每格少1÷50 = 0.02(mm)，所以该游标卡尺的精度为0.02mm。

使用游标卡尺时应注意：①一手拿待测物体，一手持主尺，将物体轻轻卡住，才可读数。

②注意保护量爪不被磨损，决不允许被量物体在量爪中挪动。

③游标卡尺的外量爪用来测量厚度或外径，内量爪用来测量内径，深度尺用来测量槽或筒的深度，紧固螺丝用来固定读数。

（2）螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项：
螺旋测微器又称千分尺，它是把测微螺杆的角位移转变为直线位移来测量微小长度的长度测量仪器。

螺旋测微器主要由固定套筒、测量轴、活动套筒(即微分筒)组成。

如教材p24图1-4所示，固定套管d上套有一个活动套筒c(微分筒)，两者由高精度螺纹紧密咬合，活动套筒与测量轴a相联，转动活动套筒可带动测量轴伸出与缩进，活动套筒转动一周(360?)，测量轴伸出或缩进1个螺距。

因此，可根据活动套筒转动的角度求得测量轴移动的距离。

对于螺距是0.5mm螺旋测微器，活动套筒c的周界被等分为50格，故活动套筒转动1 格，测量轴相应地移动0.5/50=0.01mm,再加上估读，其测量精度可达到0.001 mm。

使用螺旋测微器时应注意：①测量轴向砧台靠近快夹住待测物时，必须使用棘轮而不能直接转动活动套筒，听到“咯、咯”即表示已经夹住待测物体，棘轮在空转，这时应停止转动棘轮，进行读数，不要将被测物拉出，以免磨损砧台和测量轴。

②应作零点校正。

2．为什么胶片长度可只测量一次？
答：单次测量时大体有三种情况：（1）仪器精度较低，偶然误差很小，多次测量读数相同，
不必多次测量。

（2）对测量的准确程度要求不高，只测一次就够了。

（3）因测量条件的限制，不可能多次重复测量。

本实验由对胶片长度的测量属于情况（1），所以只测量1次。

【思考题】
1．量角器的最小刻度是30。

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分度正好与量角器的29分度等弧长。

求该角游标的精度(即可读出的最小角度)，并读出下图所示的角度。

30??1? ，图示角答：因为量角器的最小刻度是30’，游标30分度与量角器29分度等弧长，所以游标的精度为30
度为149?45 。

2．用螺旋测微器进行测量时要考虑螺距误差吗？
答：不要。

因为用螺旋测微器进行测量时，活动套筒（即微分筒)只向一个方向转动，所以不考虑螺距误差。

3．设计一种修正齿孔面积的方案。

答：齿孔形状如图1所示。

齿孔面积s等于长方形
面积xy减去修正面积△s。

由图1、图2可知修正面积
等于正方形和内切圆面积之差，所以只要测出内切圆
的半径，就可求出△s。

用读数显微镜测出图1中的x1、x2、z1、z2，得
内切圆的半径：
r?(x2?x1)?(z2?z1) 2
则修正面积为：
?s?(2r)2??r2?(4??)r2
实验二电阻的测量和伏安特性的研究
【预习题】
1．测量二极管伏安特性曲线时，为什么正向曲线的测量要用外接法，而反向曲线的测量要用内接法?
答：因为二极管正向电阻较小，反向电阻较大，所以正向曲线的测量宜采用电流表外接法，反向曲线的测量宜采用电流表内外接法。

2．电源、电表、滑线变阻器接到电路中要注意什么？
答：在使用电源时，应注意：(1)注意人身安全，一般安全电压为36v。

高于36v操作时尽量用一只手操作。

(2)不能使总电路中的总电流超过额定电流值，更不能使电源短路（即不能使外电阻接近于零）。

(3)直流电表的正、负极应与直流电源的正、负极对应联接（即正接正，负接负），否则会使电表损坏。

而交流电没有正负极之分。

(4)在电路中必须连电源开关，接线时和不进行测量时，要使电源开关断开且将输出旋钮逆时针调至零，线路接好经查无误后打开电源。

做完实验，一定要先切断电源，然后再拆去其他部分。

使用电表时应注意以下几点：（1）选择电表：根据待测电流（或电压）的大小，选择合适量程的电流表（或电压表）。

如果选择的量程小于电路中的电流（或电压），会使电表损坏；如果选择的量程太大，指针偏转角度太小，读数就不准确。

使用时应事先估计待测量的大小，选择稍大的量程试测一下，再根据试测值选用合适的量程，一般要尽可能使电表的指针偏转在量程的2/3以上位置。

（2）电流方向：直流电表指针的偏转方向与所通过的电流方向有关，所以接线时必须注意电表上接线柱的“+”、“-”标记。

电流应从标有“+”号的接线柱流入，从标有“-”号的接线柱流出。

切不可把极性接错，以免损坏指针。

（3）视差问题：读数时，
必须使视线垂直于刻度表面。

精密电表的表面刻度尺下附有平面镜，当指针在镜中的像与指针重合时，所对准的刻度，才是电表的准确读数。

（4）要正确放置电表，表盘上一般都标有放置方式，如用“—”或“┌┐”表示平放；用“↑”或“⊥”表示立放；“∠”表示斜放，不按要求放置将影响测量精度。

（5）使用前电表的指针应指零，若不指零，需要调零。

使用滑线变阻器时要注意：通过滑线变阻器的电流不能超过其额定电流。

3．被测低电阻为何要有4个端钮？
答：消除接触电阻。

【思考题】
1．滑线变阻器主要有哪几种用途？如何使用？结合本次实验分别给予说明。

答：（1）滑线变阻器主要有两种用途：限流和分压。

（2）对限流电路（如教材图3-10）：在接通电源前，一般应使c滑到b端，使rac最大，电流最小，确保安全。

以后逐步调节限流器电阻，使电流增大至所需值。

对分压
电路（如教材图3-11）：在接通电源前，一般应使c滑到b端，使r两端电压最小，确保安全。

以后逐步调节分压器电阻，使r两端电压增大至所需值。

（3）本次实验中测二极管特性曲线时，滑线变阻器用于分压；利用四端接线法测量一段电阻丝电阻时，滑线变阻器用于限流。

2．在实验中，若电源电压为6v，被测电阻约为50ω，电流表（毫安表）的量程为150/300ma，150ma档的内阻约0.4ω，电压表的量程为1.5/3.0/7.5ｖ，每伏特电压的内阻约200ω。

如何选用电表量程，电表采用何种接法比较好？
答：（1）因为电源电压为6v，所以电压表量程应选择7.5v；又因为通过电阻的电流i?
所以电流表量程应选择150ma。

（2）由题意知rx?50?、ra?0.4?、rv?200?7.5?1500?，则
rx50??125 rx?125ra① ra0.4v6??0.12a?120ma，r50
rv1500??30 rv?30rx ② rx50
因为当rx??ra时，应采用电流表内接法测量；当rx??rv时，应采用电流表外接法测量。

所以比较①②两式后可知电流表宜采用内接法。

3．如果低电阻的电势端钮与电流端钮搞错会产生什么现象？为什么？
答：在本实验中，若将待测低电阻的电势端钮与电流端钮接反，则测得的电压为待测低电阻和电流表的接触电阻上共有的，所测阻值比待测低电阻阻值要大。

实验七用直流电桥测量电阻
【预习题】
1．怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差？
答：可以交换r0和rx，进行换臂测量，这样最终rx?r0?r0，就与比例臂没有关系了。

【思考题】
1．改变电源极性对测量结果有什么影响？
答：在调节检流计平衡时，改变极性对未知电阻的测量没有影响。

测量电桥灵敏度时，改变电源极性会改变指针偏转方向，但对偏转格数没有影响。

总之，改变电源极性对测量结果没有影响。

2．影响单臂电桥测量误差的因素有哪些？
答：（1）电桥灵敏度的限制，（2）电阻箱各旋钮读数的准确度等级（3）电阻箱各旋钮的残余电阻（接触电阻）
实验八液体粘滞系数的测定
【预习题】
1．在一定的液体中，若减小小球直径，它下落的收尾速度怎样变化？减小小球密度呢？
答：在一定的液体中，小球下落的收尾速度与小球的质量和小球最大截面积有关。

即 v收尾＝k
化简后得： v收尾＝m?v?k?k2s?r???r34?r2 23kr?
从上式可见，小球的收尾速度与小球半径和密度的平方根成正比，其中k为比例系数。

2．试分析实验中造成误差的主要原因是什么？若要减小实验误差，应对实验中哪些量的测量方法进行改进？
答：在实验中，小球的半径r和下落速度v收尾是对粘滞系数?测量误差影响最大的两个因素。

（1）小球直径的测量：因为该量的绝对量值较小，如测量仪器选用不当或测量方法不当都会造成测量的相对误差较大。

应选用规则的小球，小球直径尽量小些。

测量仪器的精度要较高。

如选用螺旋测微器，读数显微镜。

（2）v收尾的测量：v收尾的测量又决定于测量距离s和t这两个量的测量。

在可能的条件下，增加s的量值是很
重要的（即提高了本身测量精度，又提高了t的测量精度）；在t的测量中，秒表的启动和停止的判断果断，直接影响测量结果，实验前可进行训练。

当然改进测量方法，如用光电计时装置，可提高t的测量的准确度。

（3）温度对液体的粘滞系数的影响极大，故在用一组小球测量液体粘滞系数时，在第一个小球下落前要测量一次液体温度，最后一个小球下落后又要测量一次液体温度，取其平均值为液体粘滞系数测量时的温度。

【思考题】
1．什么是粘滞阻力？
答：液体流动时，流速层间的内摩擦力f与摩擦面积s、速度梯度
?称为粘滞系数。

单位为帕斯卡·秒，用pa·表示。

dvdvdv成正比：f?s或f??s,比例系数drdrdrs
2．什么是收尾速度？
答：做直线运动的物体所受合外力为“0”时所具有的速度。

在这一时刻后物体将以“收尾速度”作匀速直线运动。

3．在实验中如何确定a、b两标线？
答：确定小球下落时合适的计时点（a点）十分必要，可根据小球由液面从静止状态开始下落的运动方程：
、粘滞阻力为f。

导出mg??0vg?f?ma来进行分析讨论。

式中：浮力为?0vg(?0为液体的密度；v为小球的体积）
小球由液面从静止状态开始下落到合外力为“0”时的这距离h的计算公式：h?1.11?10?4r4?2 ?2(1???) ?
?为小球的密度，?/为液体的密度，?为液体粘滞系数（可进行粗测，也可通过查表得到）。

一般地计时起点的的位置（a点）在液面下方5㎝就能实现小球匀速下落。

至于下标线b点的位置在保证离容器底部有一定距离情况下尽可能增大s的距离。

实验九模拟法描绘静电场
【预习题】
1．用二维稳恒电流场模拟静电场，对实验条件有哪些要求？
答：（1）稳恒场中电极形状与被模拟的静电场的带电体几何形状相同。

（2）稳恒场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀，电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。

（3）模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

2．等势线与电场线之间有何关系？
答：等势线与电场线处处正交。

3．如果电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状是否变化？电场强度和电势分布是否变化？为什么？
答：电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状不变，但原先电势为u的等势线变为电势为2u的等势线。

根据（10-9）、（10-10）可知，电场强度和电势分布变化：当r不变时，ur→2ur，er→2er。

【思考题】
1．出现下列情况之一时，用我们实验中所用装置画出的等位面和电力线形状有无变化？（1）电源电压提高一倍；
（2）导电纸上的导电材料的导电率相同但厚度不同；
（3）电压表读数有比实际值大10%的系统性误差；
（4）电极边缘和导电纸接触不良；
（5）测量时电源电压不稳定，在缓慢增加。

答：等势面和电场线形状变化情况为：
（1）形状不变，但根据（10-9）可知，原先电势为ur的等势线变为电势为2ur的等势线。

（2）形状不变，根据（10-9）、（10-10）可知，ur、er与厚度t无关。

（3）形状不变，但根据（10-9）可知，所测电势为ur的等势线实为电势为10u的等势线。

11 （4）形状有变化，接触不好导致电极的有效形状不再是圆形或圆环形。

（5）形状有变化，对于同一电势来说，后测量的点所测出的等势线电势半径将逐渐减小。

2．怎样由测得的等位线描绘电力线？电力线的疏密和方向如何确定？
将极间电压的正负交换一下，实验得到的等位线会有变化吗？
答：见图所示。

电场线的疏密由等势线的疏密确定，等势线密的
地方电场线也密。

电场线的方向由正电位指向负电位。

如果将极间电
压正负极交换一下，得到的等势线将会发生变化。

原来电势高的等势
线将变成电势低的等势线，相反原来电势低的等势线将变成电势高的
等势线。

实验十液体表面张力系数的测定
【预习题】
1．如何装配及使用焦利氏秤？
答：（1）安装好弹簧，小镜及玻璃管并初步调好他们之间的相互位置后，调正三足底座上的底脚螺丝，使立管处于铅直状态。

此时，小镜在玻璃管内与玻璃管内壁应不触碰。

（2）调节旋钮时要平稳，视线平视，做到“三线对齐”。

【思考题】
1．为什么在拉液膜的过程中始终保持“三线合一”？
答：普通弹簧秤是上端固定，加负载后向下伸长，而焦利氏秤是控制弹簧的下端的位置不变，加负载后，弹簧伸长，调节旋钮，使“三线合一”保证了下端位置不变，相当于弹簧向上拉伸，由标尺和游标确定弹簧伸长量。

2．测金属丝框的宽度l时应测它的内宽还是外宽？为什么？答：应测外宽，因为表面张力与液膜周界成正比，而金属丝框形成的液膜其周界为外侧宽度。

3．若空立管不垂直，对测量有什么影响？试做定性分析。

答：如图所示：(1) 中空立柱垂直时：设弹簧在受垂直力mg时伸长量为?l1，受水的表面张力时的
伸长量为?l2（2）中空立柱不垂直时（与垂直方向有夹角θ）：弹簧在受垂直力mg时伸长量仍为?l1，但中空立柱的伸长量则为?l1?= ?l1cos?受水的表面张力时的伸长量仍为?l2 ，但相应的中空立柱的伸长量则为?l2?=
垂直时
k?mg?l1?l2cos? ?=k??l2=2lmg??l2?l1
2l=mg??l2 2l?l1
不垂直时
mg=mgk??l1?l?cos?1； ??=k??l22l??mg?mg?l2??cos??2l=?=???l22l?l1?????l1?cos?? ??l2?l2从三角形的几何关系可知：=； ?l1?l1
所以?=??。

故对测量结果无影响。

实验十一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?x2d?x?，即?，所以要提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度，应尽可能减小光杠杆b2d?lb?l
长度b（光杠杆后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。

这样就避免了测量过程中标尺读数超出望远镜范围。

实验十二牛顿环和劈尖干涉
【预习题】篇三：大学物理实验第二版中国石化出版社
光电效应和普朗克常数的测定
光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。

在光电效应中，光显示出它的量子性质，所以这种现象对于认识光的本质，具有极其重要的意义。

1887年赫兹发现了光电效应现象，以后又经过许多人的研究，总结出一系列实验规律。

由于这些
规律用经典的电磁理论无法圆满的进行解释，爱因斯坦于1905年应用并发展了普朗克的量子理论，首次提出了“光量子”的概念，并成功的解释了光电效应的全部规律。

十年后，密立根用实验证实了爱因斯坦的光量子理论，精确的测定了普朗克常数。

两位物理大师因在光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。

光电效应实验和光量子理论在物理学的发展史中具有重大而深远的意义。

利用光电效应制成了许多光电器件，在科学和技术上得到了极其广泛的应用。

实验目的
1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。

2．测量普朗克常数。

实验原理
1、光电效应和爱因斯坦方程
光电效应的实验原理如图1所示。

入射光照射到光电管阴极k上，产生光电子在电场作用下向阳极a 迁移构成光电流，改变外加电压uak ，测量出光电流i 的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。

光电效应的基本实验事实如下：
（1）对应于某一频率，光电效应的i— uak 关系如图2所示。

从图中可见，对一定的频率，有一电压u0，当uak=u0时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压u0 ，被称为截止电压。

（2）当uak≧u0后，i迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流im 的大小与入射光的强度p 成正比。

（3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。

（4）作截止电压u0与频率ν的关系图如图4所示。

u0与ν成正比关系。

当入射光频率低于某极限值ν0（随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。

（5）光电效应是瞬时效应。

即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于ν0，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为秒的数量级。

图1图2 图3图4
经典电磁理论认为，电子从波振面上连续的获得能量，获得的能量的大小应于光的强度有关。

因此对于任何频率，只要有足够的光强度和足够的照射时间，总会发生光电效应，而实验事实与此是直接矛盾的。

按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为?的光子具有能量e=h?，h为普朗克常数。

当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。

电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
h??
式中，a为金属的逸出功，12mv?a （1） 212mv为光电子获得的初始动能。

2
由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系：
eu0?12mv （2） 2
阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升，当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，在增加uak时i不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流im的大小与入射光的强度p成正比。

光子的能量h?<a时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。

产生光电效应的最低频率（截止频率）是?0?a。

h
将（2）式代入（1）式可得：
eu0?h??a （3）
此式表明截止电压u0是频率?的线性函数，直线斜率a?h，只要用实验方法得出不e
同的频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可以算出普朗克常数。

爱因斯坦的光量子理论成功的解释了光电效应规律。

2、光电管的实际伏安特性曲线以及普朗克常数的测定
理论上，测出各频率的光照射下阴极电流为零时对应的uak ，其绝对值即该频率的截止电压，然而实际上由于光电管的阳极反向电流，暗电流，本底电流以及极间接触电位差的影响，实测电流并非阴极电流，而实测电流为零时对应的uak也并非截止电压。

光电管制作过程中阳极往往被污染，沾上少许阴极材料，入射光照射阳极或入射光从阴极反射到阳极之后都会造成阳极光电子发射，uak为负值时，阳极发射的电子向阴极迁移构成了阳极反向电流。

暗电流和本底电流是热激发产生的光电流与杂散光照射光电管产生的光电流，可以在光电管制作，或测量过程中采取适当措施以消除它们的影响。

极间接触电位差与入射光频率无关，只影响u0的准确性，不影响??u0直线斜率，对测定h 无影响。

由于伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有明显的拐点，此拐点对应的电压便是截止电压u0。

此外，由于截止电压是光电流为零时对应的电压，若电流放大器灵敏度不够，或稳定性不好，都会给测量带来较大误差。

而本实验仪器的电流放大器灵敏度高，稳定性好。

本实验仪器采用了新型结构的光电管。

由于其特殊结构使光不能直接照射到阳极，由阴极反射到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流大大降低，暗电流水平也很低。

由于本仪器的特点，在测量五个谱线的截止电压u0时，也可不用难于操作的“拐点法”，而用“零电流法”或“补偿法”。

零电流法：
零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压uak作为截止电压u0。

此法的前提是阳极反向电流、暗电流和杂散光产生的电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差很小，且各谱线的截止电压都相差δu对??u0曲线的斜率无大的影响，因此对h的测量不会产生大的影响。

补偿法：补偿法是调节电压uak使电流为零后，保持uak不变，遮挡光电管接收孔，此时测得的电流i1为电压接近截止电压时的暗电流和杂散光产生的电流。

重新让汞灯照射光电管，调节电压uak使电流值至i1，将此时对应的电压uak作为截止电压u0。

但是此法只能补偿暗电流对测量结果的影响，而并不能补偿杂散光产生的电流对测量结果的影响。

杂散光强度大频段广，对结果影响大；通常只能采取屏蔽的方式屏蔽掉杂散光。

仪器介绍
lb-ph3a光电效应（普朗克常数）实验仪由汞灯及电源、光阑、光电管、控制箱（含光电管电源和微电流放大器）构成，实验装置如图1所示，控制箱的调节面板如图2、图3所示。

图1 实验装置图
图2 控制箱前面板图图3 控制箱后面板图
lb-ph3a光电综合实验仪有以下特点：
1．在微电流测量中采用高精度集成电路构成电流放大器。

对测量回路而言，放大器近似于。