大学物理实验课后习题答案

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

七为何说串联谐振是电压谐振,LR 与C 并联谐振是电流谐振吗?

对于理想的L 、C 元件，串联谐振发生时，L 、C 元件上的电压大小相等、方向相反，总电

压等于0（谐振阻抗为零）。而并联谐振发生时，L 、C 元件中的电流大小相等、方向相反，

总电流等于0（谐振阻抗为无穷大）。无论是串联还是并联谐振，在谐振发生时，L 、C 之间

都实现了完全的能量交换

八在RLC 串联电路的相频特性的测定中, 怎么样测定谐振频率?

(2) R - L -C 串联电路欲产生谐振时，可调整电源频率f 、电感器L 或电容器C

使其达到谐振频率f r ，而与电阻R 完全无关。

九 实验前为什么必须将两喇叭天线对正? 如果不对正, 对实验结果产生什么影响?

实验前必须对正, 这是为了使测量结果正确, 与理论值相符. 如果不对正, 即发射喇叭偏离, 在双

缝干涉实验中, 将使衍射曲线中央极大偏离, 两边不对称, 同时接受信号偏小或者接不到信号,.

在布拉格衍射实验中, 调节的入射角不等于实验入射角, 所以测的的数据是错误的, 如果接受

喇叭天线偏离, 则可能是的接受信号偏小. 甚至收不到信号.

十 霍尔效应实验怎么消除副效应的影响?

做好实验前的消磁

什么叫霍尔效应? 霍尔效应测磁场的原理是什么?

当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现

电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。

霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电

粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生

正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。对于图1（a ）所示的N 型半导

体试样，若在X 方向的电极D 、E 上通以电流I S ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电

子）将受洛仑兹力

F g （1）

其中e 为载流子（电子）电量，为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B 为磁感应

强度。

（a ） （b ）

图1 样品示意图

无论载流子是正电荷还是负电荷，F g 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在Y 方向即试样A 、A ´电极两侧就开始聚积异号电荷，进而在试样A 、A´两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场E —霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A´称为霍尔电极。电场的指向取决于试样的导电类型。N 型半导体的多数载流子为电子，P 型半导体的多数载流子为空穴。对N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有

I S (X ) 、（B Z ） E H (Y ) 0 （ P 型）

显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，试样中载流子将受一个与F g 方向相反的横向电场力

F E =eE H （2） 其中E H 为霍尔电场强度。

F E 随电荷积累增多而增大，当达到稳恒状态时，两个力平衡，即载流子所受的横向电场力e E H 与洛仑兹力 相等，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有

-eE H =e V B （3）

设试样的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则电流强度I S 与的关系为 I S = （4） 由（3）、（4）两式可得

V H =E H b =I B 1I S B =R H S （5）

ne d d

即霍尔电压V H （A 、A´电极之间的电压）与I S B 乘积成正比，与试样厚度d 成反比。比例系数R H =1 称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。根据霍尔效应ne

制作的元件称为霍尔元件。由式（5）可见，只要测出V H （伏）以及知道I S （安）、B （高斯）和d （厘米）可按下式计算R H （厘米3／库仑）。

R H =V H d ⨯108 （6） I S B

上式中的108 是由于磁感应强度B 用电磁单位（高斯）而其它各量均采用厘米. 克. 秒制单位而引入。

霍尔元件就是利用上述霍尔效应制成的电磁转换元件，对于成品的霍尔元件，其R H 和d 已知，因此在实际应用中式（5）常以如下形式出现

V H =K H I S B （7） 其中比例系数K H =R H 1=称为霍尔元件灵敏度（其值由制造厂家给出），它表示d ned

该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压。I S 称为控制电流。（7）式中的单位取I S 为mA ，B 为KGS ，V H 为mV ，则K H 的单位为mV/（mA·KGS ）。

K H 越大，霍尔电压V H 越大，霍尔效应越明显。从应用上讲， K H 愈大愈好。K H 与载流子浓度n 成反比，半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小，因此用半导体材料制成的霍尔元件，霍尔效应明显，灵敏度较高，这也是一般霍尔元件不用金属导体而用半导体制成的原因。另外，K H 还与d 成反比，，因此霍尔元件一般都很薄。本实验所用的霍尔元件就是用N 型半导体硅单晶切薄片制成的。

由于霍尔效应的建立所需时间很短（约10-12—10-14s ），因此使用霍尔元件时用直流电或交流电均可。只是使用交流电时，所得的霍尔电压也是交变的，此时，式（7）中的I S 和V H 应理解为有效值。

根据（7）式，因K H 已知，而I S 由实验给出，所以只要测出V H 就可以求得未知磁感应强度B 。

磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。这种偏转导致载流子的漂移路径增加。或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加。这种现象称为磁阻效应。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，载流子的有效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向

磁感强度不引起载流子偏移，因而无纵向磁阻效应。 严格来说，任何物质都有磁阻效应。

霍尔效应就不详述了。只告诉你大概：在垂直磁场中的通电导体，其中的定向移动的电荷必然受到罗论磁力，罗论磁力就使的电荷在电流的垂直方向上产生电荷的不均匀分布而产生的电压就是霍尔电压，这个效应就叫做霍尔效应

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！