零）往年真題

一）考試范圍

一、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法
(1) 聲速: v = f λ, 頻率 f 波長(zhǎng) λ, 共振干涉法, 相位比較法;
(2) 示波器: 利薩如圖形與信號(hào)頻率比、相位差之間的關(guān)系;
(3) 電位差計(jì): 補(bǔ)償原理電路圖, 工作電流標(biāo)準(zhǔn)化, 根據(jù)校正系數(shù)計(jì)算定標(biāo)長(zhǎng)度;
(4) 電表改裝: 改裝原理, 原理電路圖, 根據(jù)表頭電阻、量程設(shè)置計(jì)算 R1、R2
替代法, 電流表量程擴(kuò)大倍數(shù), 改裝表滿偏量程校正, 校正曲線, 電表定級(jí);
(5) 惠斯通電橋: 原理電路圖, 串并聯(lián)電路規(guī)律, 滑線變阻器的分壓電路接法;
(6) 受迫振動(dòng): 自由振動(dòng)、阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 固有周期, 共振現(xiàn)象;
(7) 弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn): 第一激發(fā)電位, 燈絲電壓, 加速場(chǎng)電壓, 遏制場(chǎng)電壓;
(8) 原子光譜: 汞燈特征光譜波長(zhǎng), 光柵常數(shù), 衍射角, 光柵方程;
(9) 光的等厚干涉: 牛頓環(huán)的光路圖
(10) 分光計(jì)測(cè)量棱鏡頂角: 反射法光路圖
二、儀器的使用、讀數(shù)方法
(1) 數(shù)字存儲(chǔ)示波器: 垂直檔位、水平檔位的位置旋鈕調(diào)節(jié)及讀數(shù)
(2) 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器: 波形選擇、頻率、電壓的設(shè)置及調(diào)整
(3) 聲速測(cè)量?jī)x: 發(fā)射端換能器諧振頻率的調(diào)整
(4) 電位差計(jì): 檢流計(jì)及靈敏度、保護(hù)電阻、電流標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)電源、待測(cè)電動(dòng)勢(shì)
(5) 分光計(jì): 望遠(yuǎn)鏡、載物平臺(tái)、平行光管調(diào)整方法、角游標(biāo)讀數(shù)、偏心差
(6) 讀數(shù)顯微鏡: 目鏡、半透半反射鏡、微小長(zhǎng)度的讀數(shù)、回程差的消除
(7) 夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)儀: 燈絲電壓、柵極電壓的設(shè)置及調(diào)整
(8) 波爾共振儀: 振幅、周期、相位差的測(cè)量；幅頻特性規(guī)律、相頻特性規(guī)律
(9) 讀數(shù)方法: 標(biāo)準(zhǔn)電流表、微安表頭、游標(biāo)卡尺、千分尺 (雙臂電橋)
三、數(shù)據(jù)處理的方法
列表法、逐差法、圖解法

二）考前復(fù)習(xí)

0 讀數(shù)方法

1 聲速測(cè)量

聲速測(cè)量?jī)x（含游標(biāo)卡尺）
S1 為發(fā)射端換能器, 它把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波信號(hào)向空間發(fā)射。
S2 為接收端換能器, 它把收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)供監(jiān)測(cè)。

聲速 v、頻率 f、波長(zhǎng) λ 的關(guān)系：v = f · λ
1）S1 和 S2 信號(hào)頻率通常為諧振頻率，保持不變。
信號(hào)發(fā)生器調(diào)節(jié) S1 為諧振頻率: 按 "頻率/周期" 鍵使其顯示頻率, 開始調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)頻率有兩種方法: ① 直接輸入數(shù)值和單位。 ② 使用黃色左右移位鍵和右上角圓形調(diào)節(jié)旋鈕。
2）實(shí)驗(yàn)測(cè)量波長(zhǎng)的兩種方法：共振干涉法、相位比較法。

① 共振干涉法：當(dāng) S1 和 S2 距離為 kλ/2 時(shí), 產(chǎn)生駐波現(xiàn)象。示波器波形幅度達(dá)到極大, 此時(shí)接收聲壓也極大。因此改變 S2 位置, 每當(dāng)示波器波形達(dá)到一次極大值, S2移動(dòng)距離為 λ/2。
② 相位比較法：S2 每移動(dòng) λ/2, 相位差變化 π, 兩端疊加形成的利薩如圖形會(huì)由一三 (或二四) 象限直線變?yōu)槎?(或一三) 象限直線。
3）利用 逐差法 ，若 ΔLi = L(i+5) - Li，因?yàn)?ΔL = λ/2，所以 5ΔL = 5λ/2，v = λ f = 2/5 ΔL f

2 數(shù)字存儲(chǔ)示波器

1）數(shù)字存儲(chǔ)示波器

按下CH1, 示波器顯示黃色線為CH1通道信號(hào), 按 AUTOSET 鍵示波器自動(dòng)顯示合適的波形。
按下CH2, 示波器顯示藍(lán)色線為CH2通道信號(hào), 按 AUTOSET 鍵示波器自動(dòng)顯示合適的波形。
調(diào)節(jié)位置旋鈕曲線上下移動(dòng), 調(diào)節(jié)垂直檔位旋鈕波形在垂直方向發(fā)生變化。
調(diào)節(jié)位置旋鈕曲線左右移動(dòng), 調(diào)節(jié)水平檔位旋鈕波形在水平方向發(fā)生變化。
按下"水平菜單", 選擇 F1 顯示水平主時(shí)基, 選擇 F5 進(jìn)入 XY 顯示模式。
這時(shí)將X、Y兩信號(hào)作垂直方向疊加, 當(dāng)頻率成整數(shù)比時(shí), 出現(xiàn)穩(wěn)定的利薩如圖形。
2）數(shù)字信號(hào)發(fā)生器

信號(hào)發(fā)生器將A通道接入CH1通道，將B通道接入CH2通道。
1）測(cè)量正弦波信號(hào)的電壓。
正弦信號(hào)有三種電壓值, 即有效值u、峰值up、峰峰值up-p，up = up-p/2 = √2u
按下 “幅度/脈寬” 鍵，用數(shù)字鍵加單位設(shè)置電壓值。
讀出垂直檔位值、波峰與波谷間所占格數(shù) Dy。求得 up-p = Dy×[垂直檔位值]。
2）測(cè)量正弦波信號(hào)的周期。
按下 “頻率/周期” 鍵，用數(shù)字鍵加單位設(shè)置頻率值。
讀出水平檔位值、一個(gè)周期在x方向所占的格數(shù)Dx, 求得 T = Dx×[水平檔位值]。
3）用利薩如圖形測(cè)信號(hào)頻率。
設(shè)置A通道的頻率、電壓，將B通道作為待測(cè)信號(hào)。
按示波器的“水平菜單”按鈕, 按 F5 鍵改變 fx, 分別記下圖形及fx, 再利用 Nx: Ny=fy: fx 求出 fy
利薩如圖形信號(hào)頻率比、相位差圖（1:1 可能會(huì)考）

3 電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)

電位差計(jì)原理圖

電位差計(jì)實(shí)物圖

補(bǔ)償法原理圖

E2 為可調(diào)電動(dòng)勢(shì), E1 為待測(cè)電動(dòng)勢(shì), 調(diào)節(jié)E2使檢流計(jì)G示數(shù)為零, E1=E2。
(1) 檢流計(jì)調(diào)零
連接線路, 合上電源開關(guān)S1, S2撥在中間位置, S3斷開, 使用調(diào)零旋鈕對(duì)檢流計(jì)進(jìn)行調(diào)零。
(2) 電流標(biāo)準(zhǔn)化
選取校正系數(shù) u0, 求定標(biāo)電阻絲長(zhǎng)度 LCD定標(biāo) = EN/u0, 連接電阻絲長(zhǎng)度,
S2 向上撥, S3合上將保護(hù)電阻R1 短路, 調(diào)節(jié) E 使檢流計(jì)最靈敏擋位讀數(shù)為 0
(3) 測(cè)量電動(dòng)勢(shì)
S2 向下?lián)? 微調(diào)電阻絲長(zhǎng)度, 使檢流計(jì)示數(shù)為零, 記錄長(zhǎng)度 LCDX, 待測(cè)電動(dòng)勢(shì) Ex=u0*LCDX

4 電表改裝

1）替代法測(cè)量表頭內(nèi)阻Rg

2）電流表改裝
擴(kuò)展量程采用并聯(lián)電阻的方法
1端: 被改裝表與 R2 串聯(lián), 再與R1并聯(lián), 實(shí)現(xiàn)量程 I1=10mA
2端: R1與 R2 串聯(lián), 再與被改裝表并聯(lián), 實(shí)現(xiàn)量程 l2=1mA

按電路圖接線, R1 R2 設(shè)為理論值
K先打在2, 調(diào)節(jié)R1 R2使表頭滿偏時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表為1mA（之后保持 R1+R2 不變）
K再打在1, 調(diào)節(jié)R1 R2使表頭滿偏時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表為10mA, 反復(fù)調(diào)節(jié)至兩個(gè)量程都滿足要求

3）改裝表校準(zhǔn)
改變電源電壓, 使表頭依次偏轉(zhuǎn)10小格，記錄改裝表讀數(shù) I 、標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) I?
計(jì)算 ΔI = I0- I，作 ΔI-I 校正曲線 （圖解法），電表定級(jí) f = |I0-I|max / I(量程) *100
（可取 0.1、0.2、0.5、1.0、15、2.5、5.0, 只進(jìn)不舍）

5 惠斯通電橋測(cè)電阻

原理電路圖

R0、R1、R2、待測(cè)電阻 Rx 連成四邊形, 每一條邊稱為電橋的一個(gè)臂
適當(dāng)調(diào)節(jié)R0、R1、R2 使橋上沒(méi)有電流通過(guò), IG=0, BD兩點(diǎn)的電勢(shì)相等

6 受迫振動(dòng)的研究

1）自由振蕩時(shí)，測(cè)定擺輪振幅 θ 與振動(dòng)頻率 ω0 的關(guān)系（圖解法）
用手將擺輪撥到角位移 140°~160°后放手, 按鍵開始測(cè)量, 控制箱記錄振幅 θ 和周期 T,
直到振幅小于50°停止，回查數(shù)據(jù)并填入下表。（記錄的數(shù)據(jù)用作 θ-ω0 圖, 以便作幅頻特性曲線、相頻特性曲線時(shí)查用）

2）阻尼振蕩，測(cè)量阻尼系數(shù) (有3檔)
用手將擺輪撥到角位移 140°~160° 后放手, 按鍵開始測(cè)量, 控制箱記錄周期 T,
直到振幅小于 50° 停止，回查 θ-ω0 圖得到 θ1,θ2,θ3… 并將數(shù)據(jù)填入下表。

3）受迫振動(dòng)現(xiàn)象, 測(cè)定幅頻特性曲線、相頻特性曲線
當(dāng)強(qiáng)迫力周期等于固有周期 (或振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力頻率) 時(shí)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，此時(shí)振幅最大。
① 用手將擺輪撥到角位移140°~160°后放手, 按鍵開始啟動(dòng), 觀察屏幕上電機(jī)周期與擺輪固有周期, 當(dāng)周期差小于0.001，振幅穩(wěn)定后，周期置數(shù)為10, 開始測(cè)量數(shù)據(jù)，將 T、θ 填入下表。
② 一手照讀數(shù)盤, 另一手長(zhǎng)按閃光燈按鈕，記錄受迫振動(dòng)與強(qiáng)迫力間的相位差, 將 φ 填入下表。

4）最后作出幅頻特性曲線 θ-ω/ω0、相頻特性曲線 φ-ω/ω0

7 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)

弗蘭克赫茲管由燈絲、陰極K、板極A、第一柵極G1、第二柵極G2 組成。
電子從 K 發(fā)出, 在 加速場(chǎng)電壓 K-G1 加速運(yùn)動(dòng), G2-A 加反向電壓, 形成 遏制場(chǎng)電壓。
如果電子進(jìn)入 G-A 區(qū)域時(shí) Ek ≥ eUA, 就能到達(dá)板極形成板極電流 I
1）K-G1 區(qū)間電子迅速被電場(chǎng)加速而獲得能量。
2）G1-G2 區(qū)間電子從電場(chǎng)獲得能量, 并不斷與原子碰撞。
3）G2-A 區(qū)間電子運(yùn)動(dòng)受阻, 被遏制電場(chǎng)吸收能量。

實(shí)驗(yàn)原理圖

夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)儀

① 將接線按圖連好
② 打開儀器電源、示波器電源，儀器自動(dòng)為 "手動(dòng)" 狀態(tài), 電流檔設(shè)置 10^-7A
③ 通過(guò)按左右鍵到需設(shè)置的該位閃爍, 按上下鍵更改預(yù)置電壓值。
設(shè)置燈絲電壓為銘牌上給出的值, 設(shè)置柵極電壓 UG1K、拒斥電壓 UG2A。
④ 按鍵 UG2K 依次增加 0.5V, 記錄相應(yīng)的電壓、電流值并作圖（圖解法）

ΔU 為實(shí)驗(yàn) U-I 曲線各峰值間電壓差的均值（逐差法）
氬原子第一激發(fā)電位 ΔU、基態(tài)能級(jí)差的關(guān)系 ΔE：ΔE = e*ΔU

8 原子光譜的定性研究

1）實(shí)驗(yàn)原理
不同元素的光譜波長(zhǎng)是不同的, 稱為特征光譜波長(zhǎng)。光線通過(guò)三棱鏡或光柵后發(fā)生色散
θ 為衍射角，d 為光柵常數(shù)，d sinθ = ± k λ 為光柵方程
如果保持入射角不變, 則 λ 與 θ 就有確定的關(guān)系，從而畫出光譜定標(biāo)曲線。
再在同樣實(shí)驗(yàn)條件下, 測(cè)出待測(cè)物質(zhì)的 θ、就可以在定標(biāo)曲線上得出相應(yīng)的 λ。
2）實(shí)驗(yàn)步驟
先觀察氦燈譜線, 作出定標(biāo)曲線 (圖解法), 再觀察汞燈譜線。
分光計(jì)測(cè)譜線角度必須按譜線顏色一組一組測(cè), 先測(cè)一邊容易產(chǎn)生較大誤差。
一級(jí)譜線顏色: 黃、黃、綠、藍(lán)、紫。零級(jí)光譜沒(méi)有色散。汞燈譜線顏色和汞燈顏色一樣（亮白）

9 光的等厚干涉

牛頓環(huán)上的干涉是平凸透鏡的球面、與其相切玻璃平板上的反射光干涉。

用牛頓環(huán)法測(cè)定透鏡球面的曲率半徑：
① 打開鈉光燈電源, 預(yù)熱5min左右。
② 放牛頓環(huán), 調(diào)節(jié) 反射鏡 前傾 45°, 將鈉黃光反射向牛頓環(huán)。
如果觀察到的干涉圖案半邊亮半邊暗, 可能是讀數(shù)顯微鏡沒(méi)有對(duì)正鈉燈。
③ 先調(diào) 目鏡看清叉絲, 再調(diào)鏡筒對(duì)環(huán)聚焦, 調(diào)節(jié)時(shí)鏡筒只能由下向上調(diào), 以免碰壞牛頓環(huán)。
④ 轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪向左轉(zhuǎn)動(dòng)并開始讀暗條紋的級(jí)數(shù)直到35個(gè)為止，反向轉(zhuǎn)動(dòng)到第30個(gè),記錄讀數(shù) x30, 依次往右轉(zhuǎn)動(dòng),間隔5個(gè)暗條紋分別記錄x25…一直到右邊30個(gè)的讀數(shù) x'30 為止, 然后把數(shù)據(jù)填入下表。

讀數(shù)時(shí)移動(dòng)方向要一定，避免空程差。（空程差：讀數(shù)顯微鏡先向一側(cè)位移，再向另一側(cè)位移，方向改變時(shí)由于齒隙的存在，動(dòng)力齒會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)空轉(zhuǎn)，因此而造成的系統(tǒng)誤差）
⑤ 用 逐差法 求 Dm2-Dn2（m-n=15），Dm=Xm-Xm', Dn=Xn-Xn'
求出三組 Dm2-Dn2 的均值，曲率半徑 R = (Dm2-Dn2) / 4(m-n)λ

10 分光計(jì)測(cè)量棱鏡頂角

1）望遠(yuǎn)鏡
① 旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦手輪, 使兩橫一豎的叉絲清晰。
② 將雙面反射鏡貼在物鏡上, 松開套筒鎖緊螺釘,前后移動(dòng)套筒, 使綠色十字像清晰。
② 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘,使望遠(yuǎn)鏡水平并聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。
2）載物臺(tái)
① 粗調(diào)：調(diào)節(jié)載物臺(tái)的三個(gè)螺釘，使得大致水平。
② 細(xì)調(diào)：采用各半調(diào)節(jié)法。不斷轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，調(diào)節(jié)螺釘a、b，細(xì)心觀察每個(gè)螺釘處與銅盤間距是否相近，使望遠(yuǎn)鏡光軸與載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸垂直，然后反射鏡旋轉(zhuǎn)90°，調(diào)節(jié)螺釘c，使十字像與叉線重合。
3）平行光管
① 松開狹縫鎖緊螺釘, 移動(dòng)狹縫使狹縫像清晰。
② 調(diào)節(jié)平行光管俯仰螺釘，使平行光軸垂直于儀器轉(zhuǎn)軸。
( 注：只有望遠(yuǎn)鏡、載物臺(tái)、平行光管均調(diào)整好后, 分光計(jì)才能用于后續(xù)測(cè)量。)
反射法光路圖

① 放置三棱鏡：放置于載物臺(tái)上, 要求頂角A正對(duì)平行光管, 使AB、AC兩個(gè)光學(xué)面能有效反射平行光
② 找到狹縫像：由中央向左、向右轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡, 找準(zhǔn)AB、AC反射出的狹縫像, 使其與黑十字叉絲的中心豎直線重合
③ 記錄下狹縫像重合時(shí)角游標(biāo)刻度盤上的角度值，頂角 ∠A = φ/2 = ( |θ左'-θ左|+|θ右'-θ右| )/4
（由于游標(biāo)盤是一個(gè)圓，轉(zhuǎn)軸不可能正好在圓心，所以存在偏心差。在游標(biāo)盤上左右相差 180° 處各放一個(gè)游標(biāo)，將讀數(shù)求平均，就可以很好的消除偏心帶來(lái)的誤差。）

④ 測(cè)完一組數(shù)據(jù)后, 輕微轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái),重復(fù)測(cè)量三次, 求出 ∠A 的平均值, 并與理論值 60° 進(jìn)行比較, 求出相對(duì)誤差EA