大学物理实验复习习题及答案

牛顿环同心圆条纹是等厚干涉形成的， 从反射方向观察中心是暗条斑。
中间级次低 （中心级次最低） ，越往边缘级次越高，
迈克尔孙同心圆条纹是等倾干涉形成的，中间级次高（中心级次最高）
，越往边缘级次
越低，若光程差为半波长的奇数倍，中心暗，若光程差为半波长的偶数倍，中心明。
2. 等倾干涉图样与等厚干涉图样各定域在何处？
（2）各部分调节好的判断标志 ① 望远镜对平行光聚焦的判定标志——从望远镜中同时看到分划板上的黑 十字准线和绿色反射十字像最清晰且无视差。 （用自准直光路，调节望远镜的 目镜和物镜聚焦） ② 望远镜光轴与分光计中心转轴垂直的判定标志——放在载物台上的双面 反射镜转 180o 前后，两反射绿色十字像均与分划板上方黑十字线重合。 （用自 准直光路和各半调节法调整） ③ 平行光管出射平行光的判定标志——在望远镜调节好基础上，调节平行 光管聚焦，使从调好的望远镜看到狭缝亮线像最清晰且与分划板上的黑十字 线之间无视差。（把调节好的望远镜对准平行光管，调节平行光管物镜聚焦） ④ 平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直的判定标志—— 使夹缝亮线像竖直和水平时能分别与望远镜分划板上的竖直黑十字线和中心 水平黑十字线重合。（把调节好的望远镜对准平行光管，配合调节平行光管的 仰角螺钉）
提示：
光栅光谱——依据光栅衍射产生色散形成。同一级次
K， λ↑→ φ ↑，所以可见光中的红光
衍射角最大。
棱镜光谱——根据不同的光在玻璃中的折射率不同而产生色散。
λ ↑→ n↓→偏向角 δ ↓，
；如果是扩展光源，则
干涉条纹只能定域在一定的区域， 至于定域在什么位置， 取决于 M1 、M2 ′的位置和取向以
及光源的位置。 M1 、M2 ′平行时，干涉条纹定域在无穷远处，与光源的位置无关；而
M1 、
M2 ′不平行，有一微小夹角时，干涉条纹定域在薄膜表面附近，光源位置不同，条纹定位 也不同。如下图所示。
5. 是否对有任意顶角 A 的棱镜都可以用最小偏向角测量的方法来测量它的材料的折射率？
为什么？
不
能
。
提
示
：
A min 2i A 2arcsin( n sin )
2
(sin i1 n sin r1 n sin A ， r1 A ）
2
2
6. 在测角时某个游标读数第一次为 343 56' ，第二次为 33 28' ，游标经过圆盘零点和不 经过圆盘零点时所转过的角度分别是多少？
提示：干涉图样定域问题，与所用的光源类型、位置以及薄膜形状（平行平面状还是楔
形）有关。如果是点光源，则不论是等倾干涉还是等厚干涉，在与光源
S 在同一边的空间
的任一点都可得一定的干涉， 即干涉现象发生在光波的整个相遇区域内， 称这种干涉为不定
位干涉（也叫非定域干涉）本实验用光纤激光作光源即是这种情况）
屏的两光束的光程差，使其小于相干长度，即可观察到干涉条纹。
白光单色性差， 分出的两
束光只有在光程差 δ≈时０，才能看到彩色干涉条纹，如果没有补偿板
P2 ，wk.baidu.com M1 反射的光经
过分光板三次， 而由 M2 反射的光只经过分光板一次，对两束光产生不同的色散，
导致不同
波长的干涉条纹位置不同，使光强趋于均匀，干涉条纹会消失
Rx0 R1
5. 掌握卧式电桥的有关公式，掌握求电阻温度系数的方法。 提示：公式看书。
作出 Rx t 图，并作线性拟合，由直线斜率 K 求出电阻温度系数
测电阻在零摄氏度时的阻值。
K R0 ， R0 为被
实验 16 用分光计研究光栅光谱
1． 光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处 ?在上述两种光谱中，哪种颜色的光偏转最大 ?
f 0.7
f 2 f1
f0 Q
当 RLC 电路中 L、C 不变时， 根据 f0.7
f0 和 Q Q
0L
，电阻 R 越
R
大，则品质因数 Q 越小， 通频带 f0.7 越宽，滤波性能就越差 （如图 3 所示）。
图 3 RLC 串联幅频曲线
4．什么是回路的品质因数 ? 谐振时，回路的感抗（或容抗）与回路的电阻之比称为回路的品质因数，以
2．什么时候用平衡电桥测电阻较好？什么时候用非平衡电桥测电阻较好？
提示： 被测电阻相对稳定量时用平衡电桥。
被测电阻连续变化时用非平衡电桥
3．非平衡电桥中立式桥为什么比卧式桥测量范围大？
提示：课本 106-107 页
4．“非平衡直流电桥原理与应用”实验中卧式电桥预调平衡的目的是什么？
调平衡的目的是得出被测电阻在室温时的电阻值，即
分光计的调整与使用 1． 本实验所用分光计测量角度的精度是多少？仪器为什么设两个游标？如何测量望远镜
转过的角度？
提示：本实验所用分光计测量角度的精度是：
1'
提示： 刻度盘绕中心轴转动，因工艺的原因， 中心轴不可能正好在盘的中心，因此转动测量
时会产生一个所谓的偏心差， 在盘的一直径两端对称设置 两个游标，读数求平均即可消除偏心差。见图。
扩展光源 S
①②
① ②
①②
平行薄膜，等倾干涉条纹定域在无穷远
3. 怎样准确读出可动反射镜 提示：看下例
M 1 的位置？
楔形薄膜，等厚干涉条纹定域在薄膜附近
主尺读数： 33mm
粗动手轮读数： 0.52mm 最后读数为： 33.52246mm
微动手轮读数： 0.0024 6mm
4． 迈克尔逊干涉仪中的补偿板、 分光板各起什么作用？用钠光或激光做光源时，
0
ZR
路为 纯 电阻，这种现象称为 RLC串联谐振 。 3．什么是 RLC 串联电路的幅频特性曲线？根据幅频特性曲线怎样求通频带？
RLC 串联回路电流 I 与电源的频率 f（ =2 f）有关， RLC串联电路的 I― f 的关系曲线 称为 RLC 串联电路的幅频特性曲线 ，如图 3所示。
RLC 串联幅频曲线如图 3 所示， 将电流 I=0.707I0 的两点频率 f1、f2 的间 距定义为 RLC 回路的通频带 f 0.7，
调节望远镜仰角螺钉，使十字反射像落在上十字叉线的横线上。光路图如下
A
B
A
图 3 望远镜光轴未与中心轴垂直的表现
3．假设望远镜光轴已垂直于仪器转轴，而平面镜反射面和仪器转轴成一角度
β ，则反射的
小十字像和平面镜转过 1800 后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试
画出光路图。
提示：
反射的小十字像和平面镜转过 180 o 后反射的小十字像的位置是一上一下，
Q
0L 或 Q
1
R
0 CR
5．什么是 RLC 回路的通频带？如何比较 RLC 回路的滤波性能？
第三题答案。
6．电路谐振时，电感、电容的电压与品质因数
Q 有什么关系？
谐振时，电感与电容的电压有 最大值 ，是电源电压的 Q 倍，即
Q 表示，
U L0
I 0 0L
US R
0 L QU S
U C0
1 I0
0C
没有补偿
板 P2 能否产生干涉条纹？用白光做光源呢？
补偿板起补偿光程的作用。 分光板使入射光束分为振幅 （或光强） 近似相等的透射光束和
反射光束。
用钠光或激光做光源时，没有补偿板 P2 能产生干涉条纹，用白光做光源不能。
Na 光和 He — Ne 激光单色性好， 没有补偿板 P2，移动 M1 ，改变由 M1 和 M2 反射到达观察
则 US 落后于 U R，相差 取 负值 。
O Δt
t
T
f＞ f0 时，US 波形在 UR 波形左边， 则 U S 超前于 U R，相差 取 正值 。
图5
10. RLC 串联电路中，已知电容 C 耐压（峰峰值）为 50V ，回路品质因数 Q=100 ，为了保
证电容 C 不被击穿，电源电压 US 最大不能超过多少？
改变 L 、 C 使 1
f
2 LC
UR 波形在 U S 波形左边，则 U S落后于 UR（即电压滞后于电流） ，电路为电容性， 值应取负号 。
US 超前于 U R，电路为电感性，则 U S超前于 U R， 值应取正号 。波形如图 5 所示。
U UR
U US UR
O Δt
t
T
f＜ f0 时，UR 波形在 US 波形左边，
US R 0C
QU S
谐振时，电容和电感两端的电压比信号源电压 要注意元件的耐压。
US大 Q 倍，有电压放大作用，
7． RLC 串联电路的相频特性是什么？
RLC 串联电路的 - f 的关系曲线 称为 RLC 串联电路的 相频特性曲线 ，
如图 4 所示。
图 4 LRC 串联相频曲线
8．测量幅频特性时，当改变信号发生器输出信号频率，其输出信号幅度（电压） 有否改变？为什么？
提示： U C0 QU S
得Us
U C0 Q
50 100
0.5V
实验 14 非平衡直流电桥原理与应用
1．平衡电桥与非平衡电桥有哪些不同？
提示： 平衡电桥是通过调节电桥平衡， 把待测电阻与标准电阻进行比较直接得到待测电 阻值。非平衡电桥不需要调节电桥平衡， 直接测量电桥输出信号， 然后通过运算得到电阻值。
US UR UL UC
1
RLC 电路的复阻抗 Z R j L
C
图 1 LRC 串联电路
回路电流
，I
US Z
US 1
R j( L- )
C
电流大小
I US Z
US R2 ( L
。
1 )2 C
图 2 RLC 串联电压矢量图
矢量图解法 如图 2 所示， 总电压 US 与电流 I 之间的相位 （或 U S 与电阻电压 U R 的相位）
此时应该载物台下螺钉，直到两镜面反射的十字像等高，才表明载物台已调好。
光路图如下：
A
4. 对分光计的调节要求是什么？如何判断调节达到要求？怎样才能调节好？
提示：
（1）对分光计调整的要求： ① 望远镜、平行光管的光轴均垂直于仪器中心转轴； ② 望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远） ； ③ 平行光管出射平行光；
游标经过圆盘零点： 360o 343o56' 33o28' 49 o32'
不经过圆盘零点： 343o56' 33o28' 310 o28'
7．在实验中如何确定最小偏向角的位置？ 向一个方向缓慢的转动游标盘 （连同三棱镜） ，并用望远镜跟踪狭缝像， 在望远镜中观察
狭缝像的移动情况， 当随着游标盘转动而向某方向移动的狭缝像， 正要开始向相反方向移动 时，固定游标盘，此时确定的角度即是最小偏向角。
d
N
2 n1 1
把已知的有关量（ λ =500nm， n1=1.45 ，Δ N=15）代入便可计算出 d 值。
实验 9 RLC 电路的稳态特性
1．交流电路中，如何表示电压和电流的大小和相位的变化？
提示： 交流电路的电压和电流有大小和相位的变化， 究。
通常用 复数法 及其 矢量图解法 来研
RLC 串联电路如图 1 所示，交流电源电压为 U S ，则
只有使用补偿板，才可以使
不同波长的光被分成的两束光都满足光程差
δ≈。０
5． 在迈克尔逊干涉仪的一臂中，垂直插入折射率为
1.45 的透明薄膜，此时视场中观察到
15 个条纹移动，若所用照明光波长为 500nm ，求该薄膜的厚度。
提示插入 n1 透明薄膜后，光程差改变了 和 Δk=ΔＮ，可得
2d（ n1-1），即 Δδ =2（dn1-1），所以根据 Δδ =Δ式k λ
提示：改变。 因信号发生器有内阻，当改变信号发生器输出信号频率时，
电路中的电流会
改变（谐振时电流最大） ，则在信号发生器内阻上的电压降会改变（谐振时最大） ，其输出
信号幅度（电压）会改变。
9．使串联电路发生谐振的方法有几种？怎样确定电路呈电感性还是呈电容性？
信号发生器输出信号频率，使
1 f0
2 LC
1
L
为 arctg
C ，可见， RLC 串联回路相位 与电源频率 f（
R
2 f ）有关。
2．什么是 RLC 串联谐振？
1
RLC 串联电路中，当 信号的频率 f 为谐振频率 f 0
，即感抗与容抗相等
2 LC
（ 0L
C ）时， 电路的阻抗有最小值 （ Z=R ）， 电流有最大值 （ I 0
US
U S ），电
8. 测量三棱镜折射率实验中，从对准平行光管的位置开始转动望远镜，看到的 折射谱线颜色排列顺序是什么？
黄、绿、紫
实验 8 迈克尔逊干涉仪的调整与使用
1. 试从形成条纹的条件、条纹特点、条纹出现的位置和测量波长的公式来比较牛顿环和等
倾干涉同心圆条纹异同。
提示：从干涉类型（等厚、等倾） 、条纹形状、条纹分布（疏密、级数顺序、中心明暗） 来看。
1 ( AB A B ) CD C D
2
A C
O`
D`
`
B
O
`
A
2．假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和
`
C
D
仪器转轴成一定角度 β ，则反射的小十字像和平面镜转
过 1800 后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应
B
如何调节？试画出光路图。
提示：
反射的小十字像和平面镜转过 180 o 后反射的小十字像的位置不变， 此时应该