大学物理实验答案2 6页

实验二十七动力学共振法测定材料的杨氏弹性模量【预习题】1．外延测量法有什么特点？使用时应注意什么问题？答：所谓外延测量法，就是所需要的数据在测量数据范围之外，一般很难测量，为了求得这个数，采用作图外推求值的方法。具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线，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要的值。使用外延测量法时应注意：外延法只适用于在所研究范围内没有突变的情况，否则不能使用2．悬丝的粗细对共振频率有何影响？答：在一定范围内，悬丝的直径越大时，共振频率反而越小。因为共振频率与阻尼的关系为，悬丝直径大时，阻尼相应较大，即大，则共振频率应该较小。当然，悬丝直径也不可过粗，太粗的悬丝对于棒振动时振幅的影响很大，即变小，而不利于信号的拾取。【思考题】1．在实际测量过程中如何辨别共振峰真假？答：理论上认为，“改变信号发生器输出信号的频率，当其数值与试样棒的某一振动模式的频率一致时发生共振，这时试样振动振幅最大，拾振器输出电信号也达到最大”。实验中，并非示波器检测到信号峰值处频率都为样品棒的共振频率，由样品支架和装置其它部分的振动也会导致示波器检测到极值信号。因此正确真假判别共振信号对于测量相当重要。真假共振峰的判别方法有好几种，如预估法和撤耦法，预估法指利用已知的金属杨氏模量，利用公式估算出共振频率，撤耦法指用手托起试样棒，此时拾振信号应消失，反之为假信号。预估法和撤耦法结合起来用比较好：预估法可判断出共振频率的大致范围，而撤耦法则可做进一步精确判断。另外，还可以在不放铜棒的情况下先做一个粗略检测，即将可能的干扰信号频率做一个排除。2．如何测量节点的共振频率。\n答：从实验装置图中可以看出，试样振动时，由于悬丝的作用，棒的振动并非原理中要求的自由振动，而是存在阻尼下的受迫振动，所检测共振频率随悬挂点到节点的距离增大而增大。若要测量（27-1）式中所需的试样棒基频共振频率，只有将悬丝挂在节点处，处于基频振动模式时，试样棒上存在两个节点，它们的位置距离分别为0.224L和0.776L处。在节点处的振动幅度几乎为零，很难检测，所以要想测得试样棒的基频共振频率需要采取内插测量法。所谓内插测量法，就是所需要的数据在测量数据范围之内，而不方便进行测量，为了求得这个数，采用作图内插求值的方法。具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线，再求出所要的值。内插法只适用于在所研究范围内没有突变的情况，否则不能使用。在本实验中就是以悬挂点位置为横坐标，以共振频率为纵坐标作出关系曲线图，求得曲线最低点（节点）对应的频率即为试样棒的基频共振频率。实验二十八迈克耳孙干涉仪的调节和使用【预习题】1．迈克耳孙干涉仪主要由哪些光学元件组成，各自的作用是什么？答：迈克耳孙干涉仪主要由分光板、补偿板、可移动平面反射镜和固定平面反射镜4种光学元件组成。的作用是将一束光分成强度大致相同的两束光——反射光（1）和透射光（2）；的材料和厚度与相同，作用是补偿光束（2）的光程，使光束（2）与光束（1）在玻璃中走过的光程大致相同；的作用是反射（1）光；的作用是反射（2）光。2．怎样调节可以得到等倾干涉条纹？怎样调节可以得到等厚干涉条纹？答：当M1、M2严格垂直时，调出的圆条纹为等倾干涉条纹。当M1、M2不垂直时，调出的干涉条纹为等厚干涉条纹。3．如何用He一Ne激光调出非定域的等倾干涉条纹？在调节和测其波长时要注意什么？答：①用He一Ne激光调出非定域的等倾干涉条纹的方法如下：（1）调节He一Ne激光束大致与平面镜垂直。（2）遮住平面镜，用自准直法调节背后的三个微调螺丝，使由反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中，此时入射光大致垂直平面镜。（3）遮住平面镜，调节平面镜背后的三个微调螺丝，使由反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中，使平面镜和大致垂直。（4）观察由平面镜、反射在观察屏上的两组光点象，再仔细微调、\n背后的三个调节螺丝，使两组光点象中最亮的两点完全重合。（5）在光源和分光板之间放一扩束镜，则在观察屏上就会出现干涉条纹。缓慢、细心地调节平面镜下端的两个相互垂直的拉簧微调螺丝，使同心干涉条纹位于观察屏中心。②在测量He-Ne激光波长时要注意：眼睛不要正对着激光束观察，以免损伤视力。【思考题】1．迈克耳孙干涉仪观察到的圆条纹和牛顿环的圆条纹有何本质不同？答：迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹是等倾干涉条纹，且条纹级次中心高边缘低；而牛顿环的圆条纹为等厚干涉条纹，条纹级次是中心低边缘高。实验二十九用旋光仪测糖溶液浓度【预习题】1．测量糖溶液旋光度的基本原理是什么？当偏振光通过某些透明物质（如糖溶液）后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这一现象称为旋光现象。偏振光所转过的角度叫旋光度，对某一旋光溶液，旋光度与偏振光通过溶液的长度和溶液浓度C成正比，即　　　2．什么叫左旋物质和右旋物质？如何判断？当偏振光通过一些物质后，偏振光的振动方向发生旋转，人们称这种物质为旋光物质。不同的旋光物质可使偏振光的振动面向不同的方向旋转，若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质，使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。【思考题】1．本实验为什么采用了三分视场的方法（半荫法）来测量旋光溶液的旋光度？由于人们的眼睛很难准确地判断视场是否全暗，因而会引起测量误差。所以采用了三分视场的方法（半荫法）来测量旋光溶液的旋光度。实验三十偏振现象的观测与研究【预习题】\n1．强度为I的自然光通过偏振片后，其强度，为什么？应用偏振片时，马吕斯定律是否适用，为什么？答：由于偏振片的吸收，使强度为I的自然光通过偏振片后，其强度。应用偏振片时，马吕斯定律仍适用，这是因为实验中测量的各光强都经过检偏器（偏振片2）后的光强，所以其相对光强比仍为余弦的平方。2．本实验为什么要用单色光源照明？根据什么选择单色光源的波长？若光波波长范围较宽，会给实验带来什么影响？答：因为中要用1/2波片和1/4波片，所以要用单色光源照明。又因为1/2波片和1/4波片都是对某一单色光而言，所以实验中必须使用与之相对应的单色光源的波长。若光波波长范围较宽，1/2波片和1/4波片将不能发挥其作用，实验中将看不到应有的实验现象。【思考题】1．试说明椭圆偏振光通过1/4波片后变成平面偏振光的条件。答：椭圆偏振光通过1/4波片后变成平面偏振光的条件是：1/4波片的光轴与椭圆偏振光椭圆的长轴或短轴平行。2．自然光垂直照在一块1/4波片上，再用一块偏振片观察该波片的透射光，转动偏振片3600，能看到什么现象？固定偏振片转动波片3600，又看到什么现象？为什么？答：自然光垂直照在一块1/4波片上，再用一块偏振片观察该波片的透射光，转动偏振片3600，看到的现象是光强不变。固定偏振片转动波片3600，看到的现象仍是光强不变。因为自然光经1/4波片后仍为自然光，所以无论是转动偏振片还是转动波片看到的现象都是光强不变。实验三十二用双棱镜干涉测钠光波长【思考题】1．双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝？为什么缝要很窗窄才可以得到清晰的干涉条纹？答：在双棱镜和光源之间放一狭缝是为了获得两相干光源。因为光源的线度对干涉条纹的可见度有影响，当缝宽d大于临界宽度时，干涉条纹的可见度为零，所以缝要很窄才可以得到清晰的干涉条纹。（定量分析见：姚启钧原著，《光学教程》第三版，P38-P40）2．试证明公式。证：成大像时，物距为，像距为\n，根据横向放大率公式得狭缝宽度：①成小像时，物距为，像距为，根据横向放大率公式得狭缝宽度：②根据光路的对称性得，③将①、②式相乘，③代入得：证毕。实验三十三全息照相【预习题】1．普通照相和全息照相的区别在哪里？答：普通照相底片上记录的图象只反映了物体上各点发光的强弱变化，也就是只记录了物光的振幅和频率信息，而丢失了物光相位信息，所以在照相纸上显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相与普通照相完全不同，它不用透镜或其他成像装置，而是利用光的干涉，把光波的振幅和位相信息全部记录了下来。并且在一定条件下，得到的全息图还能将所记录的全部信息完全再现出来，因而再现的像是一个逼真的三维立体像。2．全息照相的两个过程是什么？怎样才能把物光的全部信息同时记录下来呢？答：全息照相的两个过程是拍摄与再现。全息照相不用透镜或其他成像装置，而是利用光的干涉，把物光的振幅和位相信息全部记录了下来。3．如何获得全息图的再现像？答：将全息图放在拍摄时的底片夹上，将扩束后的激光以参考光相同的角度照射全息图，透过全息图朝原来拍摄时放置物体的方向看去，就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。4．为什么物光和参考光的光程要大致相等即光程差要尽量的小?答：保证物光波和参考光波有良好的相干性。【思考题】\n1．拍摄一张高质量的全息图应注意哪些问题?答：为保证全息照片的质量，各光学元件应保持清洁。若光学元件表面被污染或有灰尘，应按实验室规定方法处理，切忌用手、手帕或纸片等擦拭。2．绘出拍摄全息图的基本光路，说明拍摄时的技术要求。答：①拍摄全息图的基本光路如下：②拍摄时的技术要求，主要有：（1）全息实验台的防震性能要好。（2）要有好的相干光源。同时要求物光波和参考光波的光程尽量相等，光程差尽量小，以保证物光波和参考光波有良好的相干性。（3）物光和参考光的光强比要合适，一般选择1：2到1：5之间为宜。两者间的夹角在30到90度之间。3．全息图的主要特点是什么？答：全息图上记录的是物光和与参考光相干涉时，形成的不规则干涉条纹。条纹的形状与被拍摄物体没有任何几何相似性，而图上任何一小部分都包含着整个物体的信息。4．为什么被打碎的全息片仍然能再现出被摄物体的像？答：因为全息图上任何一小部分都包含着整个物体的信息，所以被打碎的全息片仍然能再现出被摄物体的像。