大学物理实验自主学习指南-习题及答案 ch02.docx

第二章力学与热学实验

思考题

2.1

1.不同温度下水的密度为何不同？

因为水的形态随着温度的变化而变化，体积是不一定的，而质量不变，所以密度会改变。冰的密度比水小，其实冰也是水的一种形态。

2.如何测量可溶性物质的密度？

方法1：像蔗糖、食盐、水果糖等一类物质溶解于水，对此类物质可取它们的饱和水溶液来代替水，测定它们的密度。测量方法与测不溶解于水的物质的密度方法相同。

方法2：像水果糖等一类物质溶解于水，对此类物质可用保鲜膜紧密包好，然后，测量方法与测不溶解于水的物质的密度方法相同。

3.如何减小各种因素对实验的影响？

小仪器误差。此外，还可以通过多次重复测量来确定一个平均值以减小仪器误差。

环境误差：环境因素如温度、湿度、气压等可以对实验结果产生影响。尽量在恒定的温度、湿度和气压下进行实验可以减小环境误差。

人为误差：实验操作人员的技能、操作方法和不确定因素都可能影响实验结果。通过规范化的操作程序和多次重复实验可以减小人为误差。

随机误差：随机误差是由于实验中随机发生的不确定性因素引起的，例如电路中的噪声。通过多次重复实验可以减小随机误差。

系统误差：系统误差是由于实验中存在的固有偏差，例如测量仪器的漂移。通过校准仪器和调整实验条件可以减小系统误差。

2.2

1.在利用砝码施加外力验证牛顿第二定律时，为何将减去的砝码放在滑块上？

（1）砝码放在滑块上是为了得到不同质量的被测物，好验证牛二定律。

（2）导轨必须调平，这样可以最大限度地减少被测物在导轨上的阻力，使得实验结果误差减少。

2.利用气轨设计一种测量重力加速度的方法，写出实验的步骤及计算公式(提示：将气轨的一端垫高h)。

略。

3.为了验证动量守恒，在本实验操作上如何来保证实验条件、减小测量误差？

①操作台的水平影响很大！用一个光滑的小球，置于水平试验台上，不滚动即可。

②物体沿斜面下滑的起始高度！用一个限位柱，更好的控制下落误差。

③采用坐标纸。

④多次试验，求平均值。

⑤碰撞的正与斜，碰撞一定要运动速度与两球体的球心的连线在一条直线上。⑥两球体要保证有足够的硬度，确认完全弹性碰撞。

2.3

1.塔轮转动的快慢及砝码的大小对转动惯量的测量有何影响？

定滑轮的高度对刚体所受恒力矩的影响。塔轮转动的快慢对定滑轮的高度对刚体所受恒力矩的影响，具有确定转轴的刚体。惯量是物质物体运动的惯性量值，其惯性大小的物理量。

2.分析哪些因素对转动惯量的测量有影响，如何改进？

一、几何形状

物体的几何形状是影响其转动惯量的最重要因素之一。具体来说，物体的形状可以直接影响它的质心位置、质量分布情况和转动半径等参数。例如，对于同质量的圆环和实心圆盘，前者的转动惯量比后者大，因为圆环的质量分布更集中于其周围，而实心圆盘的质量则分布更加均匀。

二、质量分布

三、物体的质量

物体的质量是影响其转动惯量的另一重要因素。质量越大，转动惯量也越大，因为它需要更大的力才能改变其旋转状态。例如，同样大小的铁球和木球，铁球的质量更大，因此其转动惯量也更大。

四、旋转轴的位置

旋转轴的位置是影响转动惯量的因素之一。对于同一物体，其绕不同轴旋转时，转动惯量大小不同。例如，对于一个圆轮，它绕水平轴旋转时的转动惯量要大于绕垂直轴旋转时的转动惯量。

五、旋转轴方向

总之，影响转动惯量的因素包括了物体的几何形状、质量分布、质量和旋转轴的位置和方向，这些因素的变化都会对物体的旋转状态产生不同的影响。因此，对于掌握物体旋转的特性，学习这些因素是不可缺少的。

2.4

1.拉伸法测杨氏模量实验中，金属丝的长度I和直径d为什么采用不同的仪器测量而且测量的次数也不相同？选用这些化仪器的原则是什么？

略。

2.拉伸法测杨氏模量实验中求时Ax为什么要用相隔三个陆码的读数差？

为了使测量更准确些，采用测量多个的方法以减少测量的随机误差。

3.弯曲法测杨氏模量实验，主要测量误差有哪些？请估算各因素的误差。

“弯曲法测杨氏模量实验，主要测量误差有仪器误差，个人主观误差，如目镜的校准，螺旋测微器的读数。”

4.用霍尔位置传感器法测量位移有什么优点？

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置