第一章习题
1. 设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。
解:
05
1525
(,)!5(0;5)0.0067
0!5
(0;5)0.0337
1!5(0;5)0.0842
2!
N
N
r r r r N
P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为:
(0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++=
2. 若某时间内的真计数值为100个计数,求得到计数为104个的概率,并求出计数值落在90-104范围内的概率。
解:高斯分布公式2
222)(2
2)(2121
)(σπσ
πm n m
m n e
e m
n P --
--
=
=
1002==σm
==
=--
--2
2
22)104(2
2)(2121
)104(σπσ
πm m
m n e
e
m
P
将数据化为标准正态分布变量
110
100
90)90(-=-=
x 4.010100
104)104(=-=x
查表x=1,3413.0)(=Φx ,x=,1554.0)(=Φx 计数值落在90-104范围内的概率为
3. 本底计数率是500±20min -1,样品计数率是750±20min -1,求净计数率及误差。
解:t
n
=
σ 本底测量的时间为:min 2520500
2
===
b
b b n t σ 样品测量时间为:min 35207002
===
s
s s n t σ 样品净计数率为:1min 200500700-=-=-=
b
b s s t n
t n n 净计数率误差为:1min 640-==
+=+=
b s b
b s s t n
t n σσσ
此测量的净计数率为:1min 6200-±
4. 测样品8min 得平均计数率25min -1,测本底4min 得平均计数率18min -1,求样品净计数率及误差。
解:1min 71825-=-=-=
b
b s s t n
t n n
1min 76.24
18825-=+=+=
b
b
s s t n t n σ 测量结果:1min 76.27-±
请同学们注意:,在核物理的测量中误差比测量结果还大的情况时有发生。
5. 对样品测量
7
次,每次测
5min ,计数值如下:
209,217,248,235,224,233,223。求平均计数率及误差。
1min 4.455
7223
233224235248217209-=?++++++=
=
∑kt
N
n i
12
min 14.135
4
.45)(-==
=
∑kt N
i
σ 测量结果:1min 14.14.45-±
6. 某放射性测量中,测得样品计数率约1000min -1,本底计数率约250min -1,若要求测量误差≤1%,测量样品和本底的时间各取多少
解:由题意知
4250
1000
==b s n n ,250=b n ,%1≤n v ,带入2
2
min )1/(1
-+=b s n
b n n v n T 式,得m in 40min =T 。再代入T n n n n t b
s b s s /1/+=
T n n t b
s b /11
+=
式,得m in 27=s t ,min 13=b t 。
第二章习题
4. 4MeV 的α粒子和1MeV 的质子,它们在同一物质中的能量损失率和射程是否相同为什么
解:由于重带电粒子在物质中的能量损失率与入射粒子的速度有关,与入射
粒子质量无关,与入射粒子的电荷数的平方成正比,因此4MeV的α粒子和1MeV 的质子在同一种物质中的能量损失率不同,但其射程相同。
5. 如果已知质子在某一物质中的射程、能量关系曲线,能否从这曲线求得某一能量的d,t在同一物质中的射程
答:能,带电粒子的能量损失率与(1/v2)有关而与粒子质量无关,设d,t 的能量为E,设质子的质量为m,对于d核有E=(1/2)2mv2,v2=E/m,则再次速度下的质子的能量为E’=(1/2)mv2=E/2,所以在质子的能量射程关系曲线上找到E/2所对应的射程即为具有能量E的d核所具有的射程;
同样道理可计算t核的射程为E/3位置处所对应的射程。
8. 10MeV的氘核与10MeV的电子穿过薄铅片时,它们的辐射损失率之比是多少20MeV的电子通过铝时,辐射损失和电离损失之比是多少
解:
:
22
2
rad
dE z Z
NE dx m
??
-≈
?
??
10MeV的氘核质量为1887MeV,10MeV的电子质量为
辐射损失率与(1/m2)成正比,因此二者的能量损失率之比为
2_25
2
_0.511() 3.102101887rad D e D rad e
dE dx m dE m dx -??- ?
??≈==???
- ??? :2082 2.05800800rad ion
dE Ez dx dE dx ??- ?
???≈==??
- ???
9. 一能量为准直光子束,穿过薄铅片,在20度方向测量次级电子,问在该方向发射的康普顿散射光子和康普顿反冲电子的能量分别是多少
解:光电子能量
K 层L 层的能量分别为
E 2.040.0881 1.9519E 2.040.015 2.025e r k e r l E B MeV E B MeV
=-=-==-=-=
)cos 1()cos 1()(202θνθν-+-=
h c m h Ee 2
)1(2
0θ
ν?tg c m h ctg +=
?=20?时,MeV h 04.2=ν,MeV c m 511.02
0=得
?=?=65.575504.02
θθ
tg
反冲电子能量:
MeV h c m h Ee 326.1)
cos 1()
cos 1()(2
02=-+-=θνθν 当?=20θ
时
MeV h c m h Ee 3958.0)
cos 1()cos 1()(2
02=-+-=θνθν MeV MeV MeV Ee h h 644.13958.004.2=-=-='νν
11. 某一能量的γ射线的线性吸收系数为,它的质量吸收系数和原子的吸收截面是多少这γ射线的能量是多少按防护要求,源放在容器中,要用多少厚度的铅容器才能使容器外的γ强度减为源强的1/1000
解:铅的原子序数:82,原子量:A=207.2g.mol -1,密度:ρ=11.34g.cm 3,Na=×1023mol -1,
设铅的厚度为t ,线性吸收系数为μ,质量厚度为tm ,质量吸收系数为μm ,由γ射线的吸收公式有:
}ex p{}ex p{00m m t I t I I μμ-=-=
有m m t t μμ=
,又t t m ρ=,所以有
g cm cm
g cm m /0529.0.34.116.0/23
1===--ρμμ 从铅吸收系数射线能量图中可以看到,对应吸收系数的射线能量在1MeV 左右或者在10MeV 左右,
由N σμ
=可以得到
2
231233111082.110022.634.112.2076.0cm mol
cm g mol g cm Na
A Na A
Na n N -----?=?????=?=
?=?==
ρμρμμμσ
又
2
28101m b -=
则b
m
b
cm m cm cm 2.1810110110
82.11082.12282422
23
223
=???=?=---σ 按照防护要求
}ex p{1000/00t I I I μ-==,则有
cm t 51.11)
10ln(3)
10ln(3==
-
=-μ
μ
所以要对此射线做屏蔽的话需要11.51cm 厚的铅板。
第三章习题
1.活度为4000Bq 的210Po 源,若放射的α粒子径迹全部落在充氩电离室的灵敏区中,求饱和电流。
解:
_
619105.3104000 1.61026.4
1.2810c E
I A e
A
ω
--=
?=???=?
2.活度为5550Bq 的14C β线源(β射线的平均能量为50keV ),置于充Ar 的4π电离室内,若全部粒子的能量都消耗在电离室内,求饱和电流是多少
解:由已知条件可得:
_
3
19
5010
5550 1.61026.4
c E
I A e
ω
-=?=
???
=121.6810-?A
(由于是4π电离室,且电离室对β的本征效率≈100%,因此∑总=100%) 4. 设G-M 计数器的气体放大系数M ≈2×108,定标器的触发阈为,问电路允许的输入电容为多大
解:
pF
C V
C C MNe C Q V 1281028.125.0106.1110210198=?==????===--
5. 设在平行板电离室中α粒子的径迹如图所示,径迹长度为l ,假设沿径迹各处的比电离S 为常数,且电子的漂移速度W -亦为常数,试求电子的电流脉冲。
解:(1)当o t t 0<<时,
o D Lcos t w
-
-=
θ
, eNL I t w D -
()=;
(2)当0max t t t ≤≤时,
exN I t w d
-
()=
, 由三角形相似,可推知,D tw x cos -
-=θ,
因此,New I t D tw Dcos -
--()=()θ
; (3)当max t>t 时,max d
t w
-=
,I t ()=0。 6. 为什么正比计器和G-M 计数器的中央阳极必须是正极
答案:只有当正比计数器和G-M 计数器的中央丝极为正极时,电子才可能在向丝极运动过程中受外加电场的加速,进而在距丝极为0r 的区域内发生雪崩过程,这是正比计数器和G-M 计数器的最基本过程。 7. 试计算充氩脉冲电离室和正比计数器对5MeV α粒子最佳分辨率。 解:充氩脉冲电离室的能量分辨率:
%3.03
.26/1053.036.2./3.036.236
.260=?===W E N F η 正比计数器的能量分辨率 0
68
.036
.2N F +=η 式中0N 为入射粒子在灵敏体积内产生的离子对数
56
0109.13
.26105?=?==W E N
取法诺因子3.0=F %5.010
9.168
.03.036.268.036.25
0=?+=+=N F η
第四章习题
1. 试计算γ在NaI(T1)单晶γ谱仪测到的能谱图上,康普顿边缘与单光子逃逸峰之间的相对位置。
解:康普顿边缘,即最大反冲电子能量:
MeV h c
m h E e 53.276.22511.0176
.2212
max ,=?+=ν
+ν=
单光子逃逸峰:
MeV E s 25.2511.076.2=-=
相对位置:ΔE= 试详细解析上题γ射线在闪烁体中可产生哪些次级过程(一
直把γ能量分解到全部成为电子的动能)。
解:次级效应:光电效应(光电峰或全能峰);康普顿效应(康普顿坪);电子对生成效应(双逃逸峰)。
上述过程的累计效应形成的全能峰;单逃逸峰。以级联过程(如γ-γ等)为主的和峰。
3.结合第一章学过的知识,试定性分析,用一块塑料闪烁体配以光电倍增管组成的探头,测量到的γ谱形状和NaI(Tl)测到的有何不同
解:由于塑料闪烁体有效原子序数Z 、密度ρ及发光效率均低于NaI(T1)闪烁晶体,对测得的γ射线谱的形状,其总谱面积相应的计数、峰总比、全能峰的能量分辨率均比NaI(T1)闪烁晶体差,甚至可能没有明显的全能峰。
8. 试解释γNaI(T1)探头能量分辨率优于BGO 闪烁探测器的原因。两者对γ的探测效率相差很大,为什么
解:NaI(T1)闪烁探测器的能量分辨率优于BGO 闪烁探测器是由于前者的发光效率明显优于后者,BGO 仅为NaI(T1)的8%。而后者的密度和有效原子序数则优于前者。
9. 用一片薄的ZnS (Ag )闪烁体探测210Po α粒子,并用人眼来直接观察闪烁发光。假定人眼在暗室里只能看到至少包含10只光子的闪光,已知人的瞳孔直径为3mm,问人眼离闪烁体距离多少才能看到引起的闪光
解:
mm h R
h h
hv
Cnp E n 5810
4)1(2%1303026.0103.510
4)
cos 1(2%1303026.0103.510
4%1302
266=?≥+-????≥-????≥Ω
???=
πππθππ
10. 试定性分析朔料闪烁体与NaI(T1)所测γ的谱型有什么不同。若C 发光=,而远型P 、M 管的光收集效率,D1的光电子收集效率接近100%,光阴极的量子效率, 求NaI(T1)对的能量分辨率。
解:由γ与物质几率与原子序数的关系知道,朔料闪烁探测器的朔料闪烁体是碳氢化合物,原子序数很低,的γ射线只能与它发生康普顿散射,所以只有康普顿连续谱。而NaI(T1)闪烁谱仪测的的γ谱,除了康普顿连续谱外还有117Cs 的子体137Ba 的KX 射线峰,反散射峰和全能峰。
NaI(T1)对的全能峰能量分辨率为:
2
122221()12.355() 2.355{()[1()(())]}P M C C V P M V C n n n C C σ
σσσση+=?=+++?-光光光子光光子光子光子光光
第二项和第三项对η的贡献均为4%。 第一项:由21161
(
)0.04812561
M
M
σδδδ=
?=?=-- 122710112
5
1 1.6106.6210310 4.7810 2.994.1510hc
hv ev erg
hc
erg s cm s hv erg ev cm λ
λ
-----=
=??????===?=?
22
632
40.6620.6620.662100.1310.350.22 2.21610()
2.991() 4.7286810fangguang fangguang M
n C C T G G K C T G G K hc hv
guangdianzi M n C λσ-??????=??????=????=?+∴
=??光子光透明光透明光光子光
= 则第一项贡献为
12
2
22
5.12%[(4%)(4%)(5.12%)]7.6%η=∴=++=
第五章习题
2.推导公式和。 见书上教材。
3.一个金硅面垒探测器的ρ=2000Ωcm ,外加偏压V=100V ,求灵敏区厚度d 。 解:
()m
10236.2m )1002000(5.0m
5.0212
1μμμρ?=??==V d 4.用金硅面垒探测器(设硅材料的电阻率为ρ=2000Ωcm )测210Po 的α粒子能谱(Ea=),如果开始时外加偏压为零,这时有脉冲信号吗然后逐渐增高偏压,这时观测到α粒子的脉冲幅度有何变化当偏压足够高以后,再增加偏压时,α脉冲幅度还变化吗为什么能量分辨率有无变化试谈论从实际上决定一个合适的偏压的方法。
解:刚开始时外加偏压为零,这时有脉冲信号。原因是PN 结有内建电场形成的结区,α粒子损失部分能量在结区形成信号。
逐渐增高偏压,这时观测到α粒子的脉冲幅度会变大。原因是结区宽度在增加,α粒子损失在探测器中的能量在增加。
偏压足够高以后,再增加偏压时,α脉冲幅度不会变化。原因是结区宽度大于α粒子在结区中的射程,它把全部能量损失在探测器的PN 结中。
脉冲能量分辨率一直在变化,有一个最佳能量分辨率。原因是外加电压增加时,1)结区宽度增加,结电容减小,电荷灵敏前放噪声随之减小,它引起的能量分辨率数值在减小;2)漏电流在增加,它引起的能量分辨率数值在增大,因此结合前两点,外加电压增大时,有一个最佳能量分辨率。
决定一个合适的偏压的方法:1)脉冲幅度达到最大值;2)脉冲能量分辨率最佳。
5.算金硅面垒探测器结电容,设其直径20mm ,ρ=100Ωcm ,V=100V 。 解:金硅面垒探测器结由N 型硅为原材料,结电容
()
pF V C d 2
121.210ρπ??=
()
pF 594.61001001.21014.32
12=???=
7.用Ge (Li )探头测量=1MeV 的γ射线,由于电子空穴对的统计涨落引起的能量展宽是多少F=,w=。
解: 1.4632E KeV ?===
8.比较用Si 材料和用Ge 材料做的探测器试分析因电子空穴对的涨落对分辨率的影响。如果除了统计涨落以外,所有其他因素对谱线宽度的贡献为5keV ,那么对Si 和Ge 来说,探测多大能量的粒子,才会形成20keV 的线宽
解:E ?=对Si 和Ge
而言,
222122222
222
11(20)(5))0.12, 3.76149175si si si Ge E E E E keV E keV E E F w eV E MeV E MeV
?=?+??=?=?=?======9.一个同轴HPGe 探测器,其长度l=5cm,外径b=5cm ,P 芯直径a=,计算它的电容C 。
第九章习题
1 中子的探测方法有哪些
答:核反应法,核反冲法,核裂变法,活化法。
2 试计算0o ,45o ,90o 方向出射的在氢核上的反冲的质子能量与入射中子能量的关系。
解: 由E 反冲=a En cos 2θ a=4A/(A+1)2 得 θ=0o ,E 反冲 =En θ=45o ,E 反冲 = θ=90o ,E 反冲 =0
第十章习题
2. 用NaI (Tl )测γ射线的能谱时,可看到的峰有哪几个,并计算相应的能量。
解:全能峰,能量为:; 单逃逸峰,能量为:。 双逃逸峰,能量为:×=。
康普顿边缘,Emax =E r
(1+m e C 2
2E r )=。
反散射峰,能量为:。
一牛顿环的各环是否等宽?密度是否均匀?解释原因? 因为环是由空气劈上下表面反射的两束光叠加干涉形成的。劈的上表面变化在横向是不均匀的,故光程差也不是均匀变化的。所以各环是不等宽的环的密度也不是均匀的。各环不等宽,半径小的环宽,越到外边越窄,密度是不均匀的,牛顿环的半径公式是:半径r等于根号下(m+1/2)λR,其中m为环的级数。从公式可以看出,半径和环数并不是线性关系,这样环自然不均匀。计算可以知道,越往外环越密。 二牛顿环的干涉圆环是由哪两束相干光干涉产生的? 半凸透镜下表面和下底面上表面的两束反射光 三电桥由哪几部分组成?电桥平衡的条件? 由电源、开关、检流计桥臂电阻组成。 平衡条件是Rx=(R1/R2)R3 四接通电源后,检流计指针始终向一边偏转,试分析出现这种情况的原因? 指针向一侧偏转就说明发生了电子的定向移动了,这个应该没问题。 指针不偏转,有2种情况吧,其1呢是整个电路发生了断路或其他故障,还1种情况则是流过的电流太小,不足于使电表发生偏转或其偏转的角度肉眼根本看不到。 无论如何调节,检流计指针都不动,电路中可能出现故障是调节臂电阻断路或短路。。无论如何调节,检流计指针始终像一边偏而无法平衡,电路中有可能出现故障是有一个臂(非调节臂)的电阻坏了。(断路或短路) 五什么叫铁磁材料的磁滞现象? 铁磁物质经外磁场磁化到饱和以后,把磁场去掉。这些物质仍保留有剩余磁化强度。需要反方向加磁场才能把这剩余磁化强度变为零。这种现象称为铁磁的磁滞现象。也是说,铁磁材料的磁状态,不仅要看它现在所处的磁场条件;而且还要看它过去的状态。 六如何判断铁磁材料属于软.硬材料? 软磁材料的特点是:磁导率大,矫顽力小,磁滞损耗小,磁滞回线呈长条状;硬磁材料的特点是:剩磁大,矫顽力也大 用光栅方程进行测量的条件是什么? 条件是一束平行光垂直射入光栅平面上,光波发生衍射,即可用光栅方程进行计算。如何实现:使用分光计,光线通过平行光管射入,当狭缝位于透镜的焦平面上时,就能使射在狭缝上的光经过透镜后成为平行光 用光栅方程进行测量,当狭缝太窄或者太宽会怎么样?为什么? 缝太窄,入射光的光强太弱,缝太宽,根据光的空间相干性可以知道,条纹的明暗对比度会下降! 区别是,太窄了,亮纹会越来越暗,暗纹不变,直到一片黑暗! 太宽,暗条纹会逐渐加强,明纹不变,直到一片光明!
中学物理实验常用方法 一、观察法 物理是一门以观察、实验为基础的学科。人们的许多物理知识是通过观察和实验认真地总结和思索得来的。著名的马德堡半球实验,证明了大气压强的存在。在教学中,可以根据教材中的实验,如长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压等物理量的测量实验中,要求学生认真细致的观察,进行规范的实验操作,得到准确的实验结果,养成良好的实验习惯,培养实验技能。大部分均利用的是观察法。 观察是学习物理最基本的方法,是科学归纳的必要条件, 学生对学习活动的外部表现进行有目的、有计划的观察、记录, 能够为物理概念的形成、物理知识的理解、物理规律的探究提供信息和依据。常用观察方法有: 1.观察重点, 排除无关因素的干扰。如做气体膨胀对外做功的实验时,学生只听到“嘭”的一声, 看到瓶塞跳得很高, 对真正需要看的现象———塑料瓶口出现的酒精烟雾却视而不见, 这就需要教师及时交待, 提醒学生, 然后再进行 分析。 2.前后对比观察, 抓住因果关系。如学习密度一节时, 我首先让学生区分铜块、铁块、铝块、石块、酒精、水等物体, 通过观察它们的颜色、状态、软硬来辨认。然后出示用纸包住的相同体积的铜块、铁块、铝块, 怎样区分它们? 学生通过实验发现, 它们的质量不同, 因而得出相同体积的物体质量不同, 也是物 质的一种特性, 从而引入密度概念。 3.正、反对比观察, 深化认识。在指导学生观察时, 多采用一些正反对比的方法, 可以加深学生理解知识, 拓宽思路。如探究声音的产生, 即无声又有声;探究沸点与气压的关系时, 即增大气压, 沸点升高, 减小气压, 沸点降低。 二、控制变量法 控制变量法是指一个物理量与多个物理量有关, 把多因素的问题变成多个 单因素的问题, 分别加以研究, 最后再综合解决。利用控制变量法研究物理问题, 有利于扭转“重结论、轻过程”的倾向, 有利于培养学生的科学素养, 使学生学会学习。如导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻都有关系, 研究导体中的电流跟这段导体两端的电压时, 控制导体的电阻不变, 改变导体两端电压, 看导体中电流的变化, 通过学生实验, 得出欧姆定律I=U/R。另外,研究导体的 电阻大小、滑动摩擦力的大小、液体压强的大小、浮力大小、动能和重力势能大小、电流的热量的大小、压力的作用效果、滑轮组的机械效率、电磁铁的磁性强弱、产生感应电流方向也都用到了控制变量法。
实验一霍尔效应及其应用 【预习思考题】 1.列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。 霍尔系数,载流子浓度,电导率,迁移率。 2.如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型? 以根据右手螺旋定则,从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压为正,则样品为P型,反之则为N型。 3.本实验为什么要用3个换向开关? 为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电 流及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。总之,一共需要3个换向开关。 【分析讨论题】 1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5)测出的霍尔系数比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行? 若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。 2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源? 误差来源有:测量工作电流的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。 实验二声速的测量 【预习思考题】 1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定? 答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度。 2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的? 答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加交
(1)利用f=(D+d)(D-d)/4D 测量凸透镜焦距有什么优点? 答这种方法可以避免透镜光心位置得不确定而带来得测量物距与像距得误差。 (2)为什么在本实验中利用1/u+1/v=1/f 测焦距时,测量u与v都用毫米刻度得米尺就可以满足要求?设透镜由于色差与非近轴光线引起得误差就是1%。 答设物距为20cm,毫米刻度尺带来得最大误差为0、5mm,其相对误差为 0、25%,故没必要用更高精度得仪器。 (3)如果测得多组u,v值,然后以u+v为纵轴,以uv为横轴,作出实验得曲线属于什么类型,如何利用曲线求出透镜得焦距f。 答直线;1/f为直线得斜率。 (4)试证:在位移法中,为什么物屏与像屏得间距D要略大于4f? 由f=(D+d)(D-d)/4D →D2-4Df=d2→D(D-4f)=d2 因为d>0 and D>0 故 D>4f 1、避免测量u、ν得值时,难于找准透镜光心位置所造成得误差。 2、因为实验中,侧得值u、ν、f都相对较大,为十几厘米到几十厘米左右,而误差为1%,即一毫米到几毫米之间,所以可以满足要求。 3、曲线为曲线型曲线。透镜得焦距为基斜率得倒数。 ①当缝宽增加一倍时,衍射光样得光强与条纹宽度将会怎样变化?如缝宽减半,又怎样改变? 答: a增大一倍时, 光强度↑;由a=Lλ/b ,b减小一半 a减小一半时, 光强度↓;由a=Lλ/b ,b增大一倍。 ②激光输出得光强如有变动,对单缝衍射图象与光强分布曲线有无影响?有何影响? 答:由b=Lλ/a、无论光强如何变化,只要缝宽不变,L不变,则衍射图象得光强分布曲线不变(条纹间距b不变);整体光强度↑或者↓。
③用实验中所应用得方法就是否可测量细丝直径?其原理与方法如何? 答:可以,原理与方法与测单狭缝同。 ④本实验中,λ=632。8nm ,缝宽约为5*10^-3㎝,屏距L 为50㎝。试验证: 就是否满足夫朗与费衍射条件? 答:依题意: L λ=(50*10^-2)*(632、8*10^-9)=3、164*10^-7 a^2/8=(5*10^-5)^2/8=3、1*10^-10 所以L λ<20θ,(10θ人为控制在mv )03.050.3(±); 2)测量散热板在20θ附近得冷却速率。 4、试述稳态法测不良导体导热系数得基本原理。
初中物理常用的实验及科学方法 初中物理常用的主要实验方法: 1.控制变量法 2.等效替代法 3.转换法 4.实验推理法(理想实验法) 5.类比法 6.物理模型法(理想模型法) 一、使用控制变量法的实验 1.探究物体运动的快慢; 2.探究滑动摩擦力与压力大小和接触面粗糙程度的关系; 3.探究物体的动能大小与质量和速度的关系; 4.探究压力的作用效果与压力的大小和受力面积的关系; 5.探究液体的压强与液体的密度和深度的关系; 6.探究液体蒸发的快慢与哪些因素有关; 7.探究电磁铁磁性与线圈的匝数和电流大小的关系; 8.探究导体电阻大小跟导体材料、长度、横截面积关系; 9.探究电流与电压和电阻的关系(即欧姆定律)。 10.探究电流产生的热量与电流、电阻的关系. 二、等效替代法:将某个物理量用另外一个物理量来替代,得到同样的结论的方法。 1、测量不规则小块固体的体积时,用它排开水的体积等效固体的体积; 2、测量摩擦力的大小时,用二力平衡的原理测得拉力,从而得知摩擦力的大小; 3、托里拆利实验中,利用水银柱产生的压强与大气压等效的方法测定大气压的数值; 4、在研究平面镜成像实验中,用两根完全相同的蜡烛,其中一根等效另一根的像; 5、求多个用电器组成的串、并联电路的总电阻。 三、转换法:在研究看不见的物质或现象时,可以通过研究该物质现象或所产生的可见的效果,由此进一步分析物质或现象,这种方法叫转换法。 注意:“等效替代法”虽然也包涵有转换法的思想,但其研究主体已发生转移,而转换法则是通过研究主体所产生的效果来上朔其原因的一种研究方法。 转换法的实验例子: 1、利用小球的振动来判断发声体在振动; 2、根据苹果落地的现象证明重力的存在; 3、利用小桌陷入海绵的深度判断压力的作用效果; 4、根据小球将木块推动的远近来判断小球动能的大小; 5、利用纸片的飘动来判断气体压强的变化; 6、根据马德堡半球实验的现象证明大气压的存在; 7、通过扩散现象研究分子的热运动; 8、判断电路中是否有电流时,可通过电路中的灯泡是否发光去确定; 9、判断磁场是否存在时,可用小磁针放在其中看是否转动来判断;
复旦大学基础物理实验期末考试复习题库 (内部资料请勿传阅) 整理汇编者:复旦大学临床医学(五年制)bsong@https://www.wendangku.net/doc/201551015.html, 示波器的原理及使用 1. 2. 3. 4.
5.一个已知相关参数的信号,60dB衰减,在已知示波器T和V参数设置的情况下在示波屏上V/DIV和T/DIV的相应读数(按照示波器读数规则) 答案A 9. 10. 11.答案C
13.答案:2 14. 15. 16、输入的信号为正弦波形,但是屏幕上只看到一条直线,可能的原因 A、按下了接地按钮 B、AC\DC档中选了DC档位 C、Volts/DEC衰减过大 D、扫描速度过 17.快衰变改变的是什么()A.幅度 B.频率 C.相位 D.波形 18.已经得到了正弦波图像,改变下面条件,一定不会使图像消失的是B A调节辉度intensity B交流AC变成直流DC(DC还是会保留交流部分。) C接地 D调节垂直position 19.使用示波器前,应先对示波器进行校准,将示波器内部提供的标准方波输入到CH1或CH2通道。用示波器观察李萨如图形时,图形不稳定,应该调节电平旋扭。 20.如果示波器上的波形在触发源开关选择正确的情况下总是沿横向左右移动,应该 先调节“SEC/DIV”旋钮再调节“LEVEL”触发电平调节旋钮 21.“VOLTS/DIV”和“TIME/DIV”旋钮的作用是什么? 22.测量被测信号的电压时,应通过调节衰减倍率开关(VOLTS/DIV)使其幅度尽量放大,但是不能超出显示屏幕为什么? 23.测量被测信号的周期和频率时,应通过调节扫描速度开关(TIME/DIV)使被测信号相邻两个波峰的水平距离尽量放大,但是不能超出显示屏幕为什么? 24.“VOLTS/DIV”和“TIME/DIV”旋钮所在位置分别为0.5v和0.2ms,请给
大学物理实验课后答案 Final revision by standardization team on December 10, 2020.
(1)利用f=(D+d)(D-d)/4D 测量凸透镜焦距有什么优点 答这种方法可以避免透镜光心位置的不确定而带来的测量物距和像距的误差。(2)为什么在本实验中利用1/u+1/v=1/f 测焦距时,测量u和v都用毫米刻度的米尺就可以满足要求设透镜由于色差和非近轴光线引起的误差是1%。 答设物距为20cm,毫米刻度尺带来的最大误差为,其相对误差为%,故没必要用更高精度的仪器。 (3)如果测得多组u,v值,然后以u+v为纵轴,以uv为横轴,作出实验的曲线属于什么类型,如何利用曲线求出透镜的焦距f。 答直线;1/f为直线的斜率。 (4)试证:在位移法中,为什么物屏与像屏的间距D要略大于4f 由f=(D+d)(D-d)/4D → D2-4Df=d2→ D(D-4f)=d2 因为d>0 and D>0 故D>4f 1.避免测量u、ν的值时,难于找准透镜光心位置所造成的误差。 2.因为实验中,侧的值u、ν、f都相对较大,为十几厘米到几十厘米左右,而误差为1%,即一毫米到几毫米之间,所以可以满足要求。 3.曲线为曲线型曲线。透镜的焦距为基斜率的倒数。 ①当缝宽增加一倍时,衍射光样的光强和条纹宽度将会怎样变化如缝宽减半,又怎样改变 答: a增大一倍时, 光强度↑;由a=Lλ/b ,b减小一半 a减小一半时, 光强度↓;由a=Lλ/b ,b增大一倍。 ②激光输出的光强如有变动,对单缝衍射图象和光强分布曲线有无影响有何影响 答:由b=Lλ/a.无论光强如何变化,只要缝宽不变,L不变,则衍射图象的光强分布曲线不变 (条纹间距b不变);整体光强度↑或者↓。 ③用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径其原理和方法如何 答:可以,原理和方法与测单狭缝同。 ④本实验中,λ=632。8nm,缝宽约为5*10^-3㎝,屏距L为50㎝。试验证: 是否满足夫朗和费衍射条件 答:依题意: Lλ=(50*10^-2)*(*10^-9)=*10^-7 a^2/8=(5*10^-5)^2/8=*10^-10 所以Lλ< 《大学物理实验》课程教学大纲 1. 课程名称(中文):物理实验英文名称:Physics Experiments 2.课程编码: 01000102 3.课程类别:基础独立设课 4.课程要求:必修基础实验 5.课程属性:独立设课 6.课程总学时:总学分: 7.实验学时: 51 学时总学分: 1.5学分 8.应开实验学期:第 2 学期至第 3 学期 9.适用专业:土木工程、化学工程与工艺、应用化学、材料科学与工程、生物工程、信息 与计算科学。 10.先修课程:大学物理 11. 编写人:徐子湘俸永格编写日前:2005年9月1日 一、实验课程简介 物理学是实验科学,物理规律的研究都是以严格的实验为基础,实验与数学分析相结合是 物理学研究中的一个特点。物理实验是大学生进行科学实验训练的一门基础课程,在实验过程中,通过理论的运用与现象的观测分析,充分提高学生分析问题与解决问题的能力;充分提高学生综 合运用理论知识解决实际问题的动手能力。本实验课程需学生应达到下列要求: 1、进一步巩固和加深对大学物理理论知识的理解,提高学生的综合素质。 2、能根据需要选学参考书,查阅手册,通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己 独立分析问题、解决问题,具有一定的创新能力。 二、实验教学目标与基本要求 1、本课程的主要目的是: (1)学生通过实验学习物理实验的基本理论、典型的实验方法及其物理思想。 (2)获得必要的实验知识和操作技能训练,培养学生的动手能力、工作能力、创造能力,提高学生分析问题、归纳问题、解决问题的能力。 (3)树立实事求是、一丝不苟、严格认真的科学态度。 2、本实验课程应达到下列要求: (1)进一步巩固和加深对大学物理理论知识的理解,提高学生的综合素质。 (2)能根据需要选学参考书,查阅手册,通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己独立分析问题、解决问题,具有一定的创新能力。 习 题(参考答案) 2.指出下列测量值为几位有效数字,哪些数字是可疑数字,并计算相对不确定度。 (1) g =(9.794±0.003)m ·s 2 - 答:四位有效数字,最后一位“4”是可疑数字,%031.0%100794 .9003 .0≈?= gr U ; (2) e =(1.61210±0.00007)?10 19 - C 答:六位有效数字,最后一位“0”是可疑数字,%0043.0%10061210 .100007 .0≈?= er U ; (3) m =(9.10091±0.00004) ?10 31 -kg 答:六位有效数字,最后一位“1”是可疑数字,%00044.0%10010091 .900004 .0≈?= mr U ; (4) C =(2.9979245±0.0000003)8 10?m/s 答:八位有效数字,最后一位“5”是可疑数字 1.仪器误差为0.005mm 的螺旋测微计测量一根直径为D 的钢丝,直径的10次测量值如下表: 试计算直径的平均值、不确定度(用D 表示)和相对不确定度(用Dr 表示),并用标准形式表示测量结果。 解: 平均值 mm D D i i 054.210110 1 ==∑= 标准偏差: mm D D i i D 0029.01 10)(10 1 2 ≈--= ∑=σ 算术平均误差: m m D D i i D 0024.010 10 1 ≈-= ∑=δ 不确定度A 类分量mm U D A 0029.0==σ, 不确定度B 类分量mm U B 005.0=?=仪 ∴ 不确定度mm U U U B A D 006.0005.00029.0222 2≈+=+= 相对不确定度%29.0%100054 .2006 .0%100≈?=?= D U U D Dr 钢丝的直径为:%29.0)006.0054.2(=±=Dr D mm D 或 不确定度A 类分量mm U D A 0024.0==δ , 不确定度B 类分量mm U B 005.0=?=仪 ∴ 不确定度mm U U U B A D 006.0005.00024.0222 2≈+=+= 相对不确定度%29.0%100054 .2006 .0%100≈?=?= D U U D Dr 钢丝的直径为: %29.0)006.0054.2(=±=Dr D mm D ,%00001.0%1009979245 .20000003 .0≈?= Cr U 。 3.正确写出下列表达式 (1)km km L 310)1.01.3()1003073(?±=±= (2)kg kg M 4 10)01.064.5()13056430(?±=±= (3)kg kg M 4 10)03.032.6()0000030.00006320.0(-?±=±= (4)s m s m V /)008.0874.9(/)00834 .0873657.9(±=±= 4.试求下列间接测量值的不确定度和相对不确定度,并把答案写成标准形式。 第一章习题 1. 设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解: 05 1525 (,)!5(0;5)0.0067 0!5 (0;5)0.0337 1!5(0;5)0.0842 2! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为: (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2. 若某时间内的真计数值为100个计数,求得到计数为104个的概率,并求出计数值落在90-104范围内的概率。 解:高斯分布公式2 222)(2 2)(2121 )(σπσ πm n m m n e e m n P -- -- = = 1002==σm == =-- --2 2 22)104(2 2)(2121 )104(σπσ πm m m n e e m P 将数据化为标准正态分布变量 110 100 90)90(-=-= x 4.010100 104)104(=-=x 查表x=1,3413.0)(=Φx ,x=,1554.0)(=Φx 计数值落在90-104范围内的概率为 3. 本底计数率是500±20min -1,样品计数率是750±20min -1,求净计数率及误差。 解:t n = σ 本底测量的时间为:min 2520500 2 === b b b n t σ 样品测量时间为:min 35207002 === s s s n t σ 样品净计数率为:1min 200500700-=-=-= b b s s t n t n n 净计数率误差为:1min 640-== +=+= b s b b s s t n t n σσσ 此测量的净计数率为:1min 6200-± 4. 测样品8min 得平均计数率25min -1,测本底4min 得平均计数率18min -1,求样品净计数率及误差。 解:1min 71825-=-=-= b b s s t n t n n 大学物理实验课后答 案 (1)利用f=(D+d)(D-d)/4D 测量凸透镜焦距有什么优点? 答这种方法可以避免透镜光心位置的不确定而带来的测量物距和像距的误差。 (2)为什么在本实验中利用1/u+1/v=1/f 测焦距时,测量u和v都用毫米刻度的米尺就可以满足要求?设透镜由于色差和非近轴光线引起的误差是 1%。 答设物距为20cm,毫米刻度尺带来的最大误差为0.5mm,其相对误差为 0.25%,故没必要用更高精度的仪器。 (3)如果测得多组u,v值,然后以u+v为纵轴,以uv为横轴,作出实验的曲线属于什么类型,如何利用曲线求出透镜的焦距f。 答直线;1/f为直线的斜率。 (4)试证:在位移法中,为什么物屏与像屏的间距D要略大于4f? 由f=(D+d)(D-d)/4D → D2-4Df=d2→ D(D-4f)=d2 因为d>0 and D>0 故D>4f 1.避免测量u、ν的值时,难于找准透镜光心位置所造成的误差。 2.因为实验中,侧的值u、ν、f都相对较大,为十几厘米到几十厘米左右,而误差为1%,即一毫米到几毫米之间,所以可以满足要求。 3.曲线为曲线型曲线。透镜的焦距为基斜率的倒数。 ①当缝宽增加一倍时,衍射光样的光强和条纹宽度将会怎样变化?如缝宽减半,又怎样改变?《大学物理实验》课程教学大纲.docx
大学物理实验习题参考答案
原子核物理实验方法课后习题(答案)
大学物理实验课后答案教学内容