电机学课后习题

大学物理实验答案 实验一转动惯量的测定 转动惯量的测定一扭摆法测定物体转动惯量 【预习思考题】 1．如何测量任意形状物体对特定轴的转动惯量？ 答：先在载物盘上装上几何规则的物体，测量其摆动周期，计算出弹簧的扭转常数K 值。再 将任意形状物体装在载物盘上或直接装在垂直轴上，绕特定轴转动，测量出转动惯量。 若绕过质心轴转动，测量出过质心轴转动惯量，利用平行轴定理计算出绕特定轴转动惯量。 2．扭摆启动时摆角要在90°左右，为什么？ 答：由于弹簧的扭转常数 值不是固定常数，它与摆动角度略有关系，在小角度时变小，摆角 在 90°左右基本相同。 【分析讨论题】 1．扭摆在摆动过程中受到哪些阻尼？它的周期是否会随时间而变？ 答：空气的阻尼，转轴与轴承间的摩擦阻尼。由于弹簧的扭转常数 值不是固定常数，在小角 度时变小，因此它的周期会随时间而变。 2． 扭摆的垂直轴上装上不同质量的物体， 在不考虑阻尼的情况下分析对摆动周期大小的影响。 答：同样形状、同样质量分布的物体，质量大的物体，其摆动周期大。 转动惯量的测定二三线摆法测定物体转动惯量 【预习思考题】 1．对下圆盘的摆角有何要求？为什么？ 答： 下圆盘的摆角要小于10°。 因为在三线摆法测定物体转动惯量公式推导过程中应用了 。 2．怎样启动三线摆才能防止下圆盘出现晃动？ 答：让已调水平的三线摆保持静止，用手轻轻扭动上圆盘上的扭动杆，使下圆盘摆动角度小 于 10°，随后将扭动杆退到原处。 【分析讨论题】 1．三线摆在摆动过程中要受到空气的阻尼， 振幅越来越小， 它的摆动周期是否会随时间而变 化？ 答：它的摆动周期是不会随时间而变化。 2． 加上待测物体后三线摆的摆动周期是否一定比空盘的周期大？为什么？答： 加上待测物体 后三线摆的摆动周期不一定比空盘的周期大。由下圆 盘对中心轴 转动惯量 公式可知，若 J/mJ0/m0 加上待测物体 后三线摆的摆动周期变大；若J/mJ0/m0 加上待测物体后三线摆的摆动周期变 小。 3．如何用三线摆验证转动惯量的平行轴定理？ 答： 将两个完全相同的小圆柱体m 分别置于下圆盘的中心， 测出绕圆柱体质心的转动惯量J； 再将两个完全相同的圆柱体对称置于下圆盘的中心两侧，圆柱体质心与下圆盘的中心 l，测 出两个圆柱体对中心轴的转动惯量Jˊ。验证式子 Jˊ=2ml2+2J 成立。 实验二用模拟法测绘静电场 【预习思考题】 1．用电流场模 拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？ 用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的 结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场 与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程， 只要使他们满足形式相同的边界条件， 则两者必定有相同的场结构。模拟的条件是：稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场 中的带电体几何形状相同；稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足 σ极σ介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用 电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。 2．等势线和电场线之间有何关系？ 等势线和电场线处处相互垂直。 3． 在测绘电场时， 导电微晶边界处的电流是如何流动的？此处的电场线和等势线与边界有什 么关系？它们对被测绘的电场有什么影响？ 在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为 0。此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边 界。这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间 中的分布特性。 【分析讨论题】 1． 如果电源电压增大一倍， 等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否 发生变化？为什么？ 如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分 布更为密集。因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化， 等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为 密集，相应的电场强度就会增加。 2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？ 测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：电极形状偏离圆形， 导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。 3． 从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看， 测得的等势线半径和理论值相比是偏大还是 偏小？有哪些可能的原因导致这样的结果？ ⑴偏大，可能原因有电极直径测量偏大，外环电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器 件显示偏大等；⑵偏小，可能原因有电极直径测量偏小，中心电极表面有氧化层产生附加电 阻，电压标示器件显示偏小等。 实验 三分光计的调整与使用 【预习思考题】 1. 分光计由哪几部分组成，各部分的作用是什么？ 答：分光计由平行光管、望远镜、载物 台和读数装置四部分组成。 （1）平行光管用来提供平行入射光。 (2) 望远镜用来观察和确定光束的行进方向。 (3) 载物台用来放置光学元件。 (4) 读数装置用来测量望远镜转动的角度。 2. 调节望远镜光轴垂直于仪器中心轴的标志是什么？ 答：通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的上十 字重合。 3. “+”字像、狭缝像不清晰分别如何调整？ 答： （1） “+”字像不清晰说明分划板没有位于物镜的焦平面上，应松开目镜紧锁螺钉，前后 伸缩叉丝分划板套筒，使“ +”字像清晰并做到当眼睛左右移动时， “+”字像与叉丝分划板无 相对移动，然后锁紧目镜紧锁螺钉。 （2）狭缝像不清晰说明狭缝没有位于平行光管准直透镜的焦平面上，应松开狭缝紧锁螺钉， 前后伸缩狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中清晰地看到边缘锐利的狭缝像时，然 后锁紧狭缝紧锁螺钉。 【分析讨论题】 1. 当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的 “+”字像处于“ ”形叉丝的上十字上下对 称位置时， 说明望远镜和载物台哪部分没调好？ 当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来 的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时， 说明望远镜和载物台哪部分没调好？应怎样调 节？ 答： （1）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于“ ”形叉丝的上十字 上下对称位置时，说明载物台没调好，望远镜已水平。应调载物台下调平螺钉b 或 c，使双 面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合。 （2）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置 时，说明望远镜不水平，双面镜镜面法线已水平。应调节望远镜倾角螺钉，使双面镜正反两 面反射回来的“+”字像都与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合。 2. 如何用反射法 （一束平行光由三棱镜的顶角入射， 在两光学面上分成两束平行光） 测三棱 镜的顶角？ 解：如图所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱镜顶角上，分别射向三棱镜的两个光 学面 AB 和 AC，并分别被反射。由反射 反射法光路图 定律和几何关系可证明反射光线1、2 的夹角 与棱镜顶角 关系为 先使望远镜接收光线 1，记下两个角游标的读数 和 ，然后，再转动望远镜使望远镜接收光 线 2，记下两个角标读数 和 ，两次读数相减