福建师范大学《实验物理导论》期末考试必备题集

奥鹏期末考核

11203–福建师范大学《实验物理导论》奥鹏期末考试题库合集

简答题：
（1）“高级”物理实验课程包括哪些基本形式？
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1）综合性实验:对学生进行综合性训练的同时引入一些奥鹏期末考核新的知识和技术．并且在实验中又对学生提出一定的设计要求。
2）设计性实验:对学生提出设计要求的同时给出一定的提示或说明．读者还可以从期刊上选择一些很有价值的选题。
3）计算机辅助实验：此部分有两类实验， 一类是利用接口的实验，目的是使学生初步了解计算机和物理实验的结合；另一类是计算机模拟，目的是开阔学生的视野。
4）探索性实验：着重培养学生的求异思维品质,为实验方法的选择开拓不同途径。常见于物理竞赛实验试题中。
5）实验专题性研究：针对实验中某个问题进行专题性深入研究,这属于高层次的研究性实验。

（2）误差按性质分类可分为哪几类？简述各类误差的基本概念。如何理解误差的转化？
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随机误差：在等精度测量条件下多次测量同一物理量时产生的时大时小、时正时负、以不可预知的方式变化的误差。
系统误差：在同一条件下多次测量同一量时误差的绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按某一确定的规律变化的误差。
粗大误差：用当时的测量条件不能解释为合理的误差。
系统误差和随机误差有时难以分辨，并在一定的条件下可以相互转化。如标尺刻度的误差，对于制造过程而言若是随机误差，在未用基准对其进行检定和修正之前，由于不知道每一刻度处误差的大小和正负，其分度误差仍属于随机误差；但在测出校正曲线后，就可得知每一误差的大小和正负，并用它们对测量结果进行修正，这时分度的随机误差就转化为系统误差。

（3）什么是逐差法？如何用逐差法处理实验数据？
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（4）简述八种物理实验方法，什么是放大法？放大法分为几种？什么是间接放大？
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放大法：按照一定的规律将被测物理量放大以提高测量精度的测量方法。放大法一般可以分为两大类；一类是直接放大；另一类是间接放大。间接放大即按照一定的原理和变换关系把被测量的微小量转换成易于观察、高精度的另一放大物理量，从而实现测量。

（5）如何理解真值与测量误差？如何消减系统误差？
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　　（1）它形象、直观地表示了两个物理量的变化关系；
　　（2）从图上可推算出两个物理量之间的数学关系式及极值点位置等，通过变量置换实现非线性函数的线性化，可以方便地求出直线的斜率、截距，进而求出有关参量；
　　（3）它直观地表示了实验点的分布及偏差情况。

（6）什么是实验方法的“不确定度最小”选择原则？简述设计性实验中一般实验方案的选择程序。
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物理意义：在一组等精度的重复测量中，其误差位于（-～+）范围内的概率为68.3%。
平均值标准偏差计算式：
物理意义：在 范围内包含真值X的可能性是68.3%。

（7）古代物理实验思想的特点：
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　　（2）用最小二乘法求出拟合直线时，并不要求自变量等间距变化， 测量时比逐差法更方便。

（8）服从正态分布的随机误差具有哪四个特性
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　　（2）大多局限于定性的观察而缺少定量的记录、分析；
　　（3）大多数实验仅限于现象的描述，缺少概括、总结且形成比较系统的理论；
　　（4）缺乏用实验来检验已有理论的思想。

（9）常用的物理实验方法有哪些？什么是补偿法，请举例说明。
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　　（2）实验研究更注重于实际的应用。
　　（3）物理实验研究向极限挑战，需要更先进的技术和设备。
　　（4）现代物理实验呈现出一种连锁反应及多学科的交叉与渗透。
　　（5）计算机在现代物理实验中得到了广泛应用。

（10）简述八种物理实验方法，什么是转换法？转换法分为几种？什么是参量换测法？
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　　有界性——在测量条件一定的情况下， 大误差再现的概率小， 且不超过一定的界限；
　　对称性——绝对值相等的正负误差出现的概率相同。
　　抵偿性——随机误差的算术平均值随着测定次数的增加而越来越趋向于零

（11）常用的物理实验方法有哪几种？什么是示波法？什么是干涉法？
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补偿法：所谓补偿法，即在物理实验中，为了提高测量的精度、减少误差及实现可测量性等目的，在电路、光路等中间有目的地加入了相反的因素，从而减少了外界条件、仪器等对测量的影响。
【例1】在电位差计实验中， 正、负向电流相互补偿使流过检流计的电流为零；在气垫导轨调节水平时，为了抵消空气阻力和摩擦力对滑块的影响，为此略为调高一端的高度；
　　【例2】在一些电学实验中， 有时需要有较准确的电阻值，而一般电阻的阻值都是随温度的变化而变化的。为了使电阻不随温度变化，解决的办法是用热敏元件来进行补偿，即将一个热敏元件与电阻并联，当温度升高时电阻的阻值变化，热敏元件的阻值也随着变化，但其阻值变化与电阻的变化方向相反，从而使总电阻基本保持不变；

（12）用最小二乘法处理数据时，相关系数R有何作用？最小二乘法的统计不确定度相关系数R有何关系？
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转换法：所谓转换法，即根据物理量之间的定量关系、能量守恒关系及各种物理效应把不易测量的物理量转换为容易测量的物理量，或为提高待测物理量的测量精度将待测量转换成另一种方式的物理量的测量。
转换法一般分为参量换测法和能量换测法。
参量换测法：利用物理量之间的函数关系，实现各物理量之间的转换从而实现待测量的测量。间接测量都属于参量转换法，在基础物理、现代物理的各个领域几乎都涉及该方法。

（13）常用的物理实验方法有哪几种？什么是示波法？什么是干涉法？
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示波法：通过示波器将人眼看不见的电信号在示波管的荧屏上形成形象直观、清晰可见的图像，然后进行测量的方法称为示波法。将此法与各类传感器结合，就可以对各种非电学量进行测量。
干涉法：凡是频率相同、具有确定的相位关系的同类波在相遇时，就会产生相干叠加，形成干涉花样。干涉法就是利用波的干涉现象，通过对干涉花样的观测来间接测量一些物理量的测量方法。例如，在等厚干涉实验中，可用干涉法来测量微小厚度、微小直径、透镜的曲率半径等；在迈克耳孙干涉实验中，可用干涉法来测光的波长，研究光源的相干性等。利用干涉法还可以检查工件表面的平面度、球面度、光洁度，以及精确地测量长度、厚度、角度、形变、应力等。干涉测量已形成一个科学分支，称为干涉计量学。

（14）用最小二乘法处理数据时，相关系数R有何作用？最小二乘法的统计不确定度相关系数R有何关系？
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　　最小二乘法的统计不确定度与相关系数密切相关：当R→1时，统计不确定度变小；当R→0时，统计不确定度变大。

（15）应用逐差法的注意事项
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　　逐差法的优、缺点：它可以充分地利用测量数据，并对数据有取平均的效果，但不确定度比最小二乘法大，正规分析处理数据数时一般不用。
　　使用逐差法的条件：验证函数关系式时，自变量是严格等间距变化的。
　　逐差法计算不确定度时，把两个数据的差作为直接测量量来计算不确定度，在数据较少时（7个数据逐差后有效数据仅为3个）仪器误差一般要按常规值的1.4倍计算。
　　如果测量数据不是偶数组，计算时就需要去掉头、尾或中间的一组。

（16） 写出标准偏差、平均值标准偏差的计算式，并说明它们的物理意义。
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物理意义：在一组等精度的重复测量中，其误差位于（-～+）范围内的概率为68.3%。
平均值标准偏差计算式：
物理意义：在范围内包含真值X的可能性是68.3%。

（17） 用最小二乘法处理数据时有哪些注意点？
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　　（2）用最小二乘法求出拟合直线时，并不要求自变量等间距变化，测量时比逐差法更方便。