華中科技大學 物理實驗 考試 複習

2022-07-20 10:45:04 字數 4668 閱讀 3058

1、電磁感應

【q】在實驗中我們發現,旋轉的鋁盤會對磁鐵產生牽引力,發過來磁鐵也會對鋁盤有乙個反作用力(磁阻尼力),這個阻尼力會影響實驗精度嗎?

【a】並不會影響實驗精度,且鋁盤會以乙個恆定的頻率在轉動!原因:

步進電機的工作原理,是將電脈衝訊號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。因此,在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝訊號的頻率和脈衝數,而不受負載變化的影響。

【q】大家是否發現在我們這個實驗中,鋁盤上面挖了六個小孔,你們認為這些小孔會對牽引力產生影響嗎?

【a】小孔會對牽引力產生影響,牽引力相比沒孔的鋁盤會變小;每一根鋁絲兩端都會產生感應電動勢,鋁盤就相當於多個電源的併聯,但是由於小孔的存在,產生的電流可能不穩定,牽引力會有小幅波動,但是小孔並不是改變磁通量的「罪魁禍首

【q】測量磁懸浮力或牽引力時,永磁體的位置對結果有什麼影響?比如正對著鋁盤圓心與偏離角度的區別;還有永磁體靠近鋁盤中心時所受的力與磁體位於鋁盤邊緣時相比,大小如何?

【a】做了幾次試驗,發現當磁鐵在盤內較大距離時力不大,到盤邊時較大,遠離盤後減小。可推知力與磁鐵到盤中心的距離是乙個單峰的函式,有水平漸近線。

【q】大家想一下,如果那個軸承完全無摩擦,那麼它的轉速會無限增大嗎?【a】

【q】如何改進??

【a】此實驗的磁懸浮力和磁牽引力裝置應增加乙個角度指標,因為我們在做距離和力的大小的關係試驗中,每次都要將測力器杆取出,然後重新固定,這當中是不是會因為角度的不同產生較大的誤差呢?所以可以增加乙個角度小指標,來校正測力杆放置的方向,減免誤差

我們是準備加乙個公升降裝置的,最好帶刻度的。

1.測量磁懸浮傳動系統的軸承轉速時,測得的轉速不是很穩定,而轉速的測定時以一定時間內通過軸承的光束的個數為依據的。所以我建議增加軸承上計數孔的個數,這樣測得的數目會增多,可以減小不穩定因素的干擾,所得讀數會相對集中一些。

2.我做實驗時的感測器支架穩定性不好,每次墊乙個墊片測磁牽引力和磁懸浮力時,旋轉的鋁盤很容易擦到永磁鐵。不僅如此,墊片的厚度參差不齊,有的明顯比別的厚一點。

即使測量多個墊片的厚度求平均值,恐怕誤差依然不小。所以我提議給感測器支架換用乙個帶刻度的支架,同時最好加上手搖齒輪式的公升降裝置,讓感測器支架能以小的幅度上公升或下降。另外,最好能使感測器支架不僅能豎直、水平旋轉,還能沿鋁盤的半徑移動並附帶刻度以確定其位移。

3.將有孔洞的鋁盤換做平整、光滑的鋁盤。使其能穩定的切割磁感線從而與永磁體產生穩定的相互作用,進而得到穩定的力的讀數,從而減小實驗誤差。

4.增大鋁盤的轉速上限。更快地切割磁感線能產生更大的相互作用力從而減小其它外力的影響,同時還能減小讀數的波動週期,獲得更穩定的讀數並獲得更多的實驗資料,從而減小實驗誤差,豐富實驗內容。

2、rlc電路

【q】在測量rc串聯電路的時間常數時,若充電的時間不夠或充電過快,對結果有何影響?

【a】充電不足不就是充電過快麼?充電不足使得最大值未達到就放電,此時下降到一半(0.5e)的的時間td變長,故偏大。

【all_q】

(1) 試分析方波訊號頻率對觀察和測量rlc電路暫態過程的影響?

(2) 依據現有裝置,拓展設計對電路內阻r的測量方案與分析。

(3) 估計和檢驗實驗測量結果的正確性與合理性的經驗分享。

(4) 實驗中如何判斷弱阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態?簡述理由。

(5) 實驗電感的電阻值,是否影響rlc電路的振盪特性?為什麼?

(6) 測量rc電路 τ 時,充電不足或過快對測量結果有何影響?

(7) 判定臨界阻尼現象、改善和提高 rc 測量的精度的經驗分享。

(8) rlc電路實驗的總結(經驗分享、體會、感想、討論、建議等)。

(2) 依據現有裝置,拓展設計對電路內阻r的測量方案與分析。通過本次的三個實驗,都可逆向求解電路內阻r.

①rc電路中,調節電阻箱使vc(t)末端走平且r最大,由半衰法求解τ,由τ=rc可求出r=r-r電阻箱。

可以調節c值,並多次測量求平均值。缺點:判斷e/2處時,波形線較粗,游標較細,會造成一定的誤差。

②rlc電路中,將電阻箱置零,調節c與l的值(可使一值不變,只調節另一值(控制變數)),由實驗方法測量3-5組t值,並由t=(2π√lc)/[√(1-r/4l)]可求解r值,即r。

此方法較為準確,當調節游標時可以利用波峰的對稱性來確定其位置,且每次測量時兩游標之間相隔3-4個週期,測出的t較為精確。

③臨界阻尼狀態下,rc=2√(l/c)=r電阻箱+r。此方案在測量時較難確定其臨界狀態,對r的值確定影響較大。

當調節方波的u與t(1/f)值,使波形本身放大,從而使影象更加清晰。

綜上,方案二測出的r值更為準確。

(7) 判定臨界阻尼現象、改善和提高 rc 測量的精度的經驗分享。

在測量過程中,我嘗試使用兩種方法來確定臨界阻尼,①調節時間軸最短,u軸最大,從而使弱阻尼狀態下**個更加明顯,,但此種方法使曲線更粗,難以判斷波形。②將橫向和縱向都調節到最大,尋找無**且最陡的曲線,但在臨界狀態附近仍難以判斷。

思考:假設波形放的更大能更加準確的測定臨界狀態,但由於示波器有其防大範圍,所以可以適當放大方波的u與t(1/f)值,使波形本身更大,從而使波形在臨界狀態下的波形更清晰。(但也有可能波形變粗使其難以判斷)。

(1) 試分析方波訊號頻率對觀察和測量rlc電路暫態過程的影響?

方波訊號頻率決定了電容的充電時間的長短,當頻率較大即時間較小時,電容不能完全的充放電,得到的v-t圖中,電壓還沒到飽和值變成水平線時便開始放電下滑了;當頻率較小即時間較長時,得到的v-t圖中,電壓上公升所佔的比率較小,難以從圖中清晰地看到電容充放電的具體過程。故綜上,應當選取適當的頻率以獲得合適的,剛好充滿整個座標的電容充放電的v-t圖

(4) 實驗中如何判斷弱阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態?簡述理由。

在rlc電路的暫態過程週期圖中,若電壓v經過**後才逐漸穩定,則為弱阻尼狀態;逐漸增大電阻r,若電壓v從大幅**逐漸減小至剛好無**,則此時的電阻為臨界阻尼狀態;再逐漸增大r,從剛好無**變成以緩慢遞增的變化方式逐漸趨於穩定狀態,則此時為過阻尼狀態。

(6) 測量rc電路 τ 時,充電不足或過快對測量結果有何影響?

充電不足,則導致電壓還沒上公升到最大值時便開始放電下降,此時根本不能測得 τ 值;當充電過快時,雖然電容是完全地進行了充放電,但所佔時間比例較小,很難精確地測得半衰期,所得結果自然不准。

(8) rlc電路實驗的總結(經驗分享、體會、感想、討論、建議等)。

在判斷臨界阻尼現象時,一定不要區域性地放大**部分,如此的話,會是原本曲率較大的**部分被拉平,導致人無法準確地判斷臨界阻尼狀態。應當適當地放大或縮小示波器上的影象以便準確地觀察到**部分的變化和消逝

第1題:方波訊號頻率過大,會導致其週期過小,從而示波器上顯示的曲線半週期內t方向上過窄,不利於觀察。而且需要將r調節地很小才能使曲線末端水平,而r的調節是要求在千歐級調節的,故實驗的精確度會降低。

而方波訊號頻率過小,會導致其週期過大,同樣不利於實驗現象的觀察和測量。

第6題:充電不足不符合半衰期測量法的充電完畢的前提,而充電過快即調節的r過小,而r的調節是要求在千歐級調節的,故這樣會使實驗精度降低。

一、對於電路測量,誤差的**有多方面。

首先的,示波器的影象的粗細與清晰狀況,直接相關於游標的標定,於是時間的測量有相當的誤差。

然後,載入示波器後,電路的阻抗變了,響應有變化,會造成一定的實驗測量誤差。

再者,本實驗只有一組資料測量,存在偶然誤差。

另外,觀察阻尼振動訊號時,後半部的波峰—波谷起伏變小,對測量造成影響。

二、關於rlc串聯電路中測定rc的值,我們有取樣法與峰值法。試驗中,用取樣法時,波形在拐點處平緩,觀察"突起"應不斷地調大與調小「秒/格」按鈕。峰值法,波形的變化隨著r的增大而變化明顯。

倆種方法都可以在試驗中用一用,實際檢查效果。

三、思考題分析。

一)分析方波訊號的頻率f對觀察和測量rlc電路暫態過程的影響?

分析:t=1/f 因此f的改變會導致週期的改變,而電容與電感的充放電過程是需要時間的,於是f的改變便影響了電路的充放電過程。

當rc<當rc>>t/2時,因充放電時間的不足,使電量未釋放完全從而多次充放電後u會逐漸增大。

3、導熱係數

【q】講義中,導熱係數的測量式成立的前提條件是什麼?

【a】1.環氧盤b的厚度足夠小,使得可以近似的認為環氧盤b的側面沒有熱量損失;

2.外界條件不變,對實驗沒有影響;圓盤之間接觸緊密且大小相等,保證熱量能完全充分地交換;

3.加熱盤a,環氧盤b,散熱盤c均為理想圓柱;

4.熱電偶的插頭與加熱盤a,環氧盤b緊密接觸,能正確的顯示其溫度

1.發熱盤a和散熱盤c是用熱的良導體做的;

2.樣品盤與發熱盤和散熱盤緊密接觸;

3.熱傳導的方向垂直於樣品盤的上下表面;

4.外界環境較穩定。

【q】實驗中如何做可使測量更準確些?

【a】1.實驗過程中,環氧盤b的側面的散熱沒做考慮 solution:增大環氧盤b的半徑,減小厚度,使側面積與表面積之比盡可能低

2.加熱盤a,環氧盤b,散熱盤c之間存在縫隙,沒能緊密接觸 solution:實驗開始時盡量將他們壓緊

3.錯誤地判定穩態,沒到穩態時便開始測定冷卻速率 solution:耐心等到溫度不再上公升,只是在一定範圍內波動時再進行下一步實驗

4.熱電偶的插頭未與加熱盤a,環氧盤b緊密接觸,導致測溫不准 solution:實驗開始前,盡量確保它們緊密接觸

5.實驗開始時,所測加熱盤a,散熱盤c的溫度不一致;計算導熱係數時沒將此誤差計算在公式中。 solution:實驗開始前將溫度差記下,處理資料時記得將其帶入

4、組合光學

【q】為什麼檢流計讀數最大值要求100以上?

華中科技大學

附件5 學院 系 所 全英研究生課程簡介 中英文各乙份 課程名稱 材料力學行為的跨尺度模擬 課程型別 博士專修課程 碩士專修課程 考核方式 全英文考試教學方式 全英文講授適用專業 固體力學 材料學適用層次 碩士 博士開課學期 秋季總學時 32先修課程要求 無課程組教師姓名 職稱專業固體力學 年齡31...

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