关于物理实验报告11p.docx

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关于物理实验报告11p

实验一名称：

示波器使用

【实验目的】

1、了解示波器为什么能把看不见的变化电压变换成看得见的图像

2、学会使用示波器观测电压波形

【实验原理】

通电后，电子枪的灯丝炽热，使阴极发热而发射电子，电子在电位差作用下高速撞向荧光屏在屏上显示亮点，Y偏转板是水平位置的两块电极，在Y板上加上电质之后，电子在电场力作用下在铅直方向上位移发生变化，因而荧光屏上显示铅直线，X偏转板为垂直放置的电极，在X板上加电压后，电子在电场力作用下在水平方向上发生位移，因而荧光屏上显示水平线，若在Y板上加上Vy=Uym.SinWt，同时在水平方向加上与时间成正比的锯齿形电压VX=Uxm.t,于是电子束在水平方向上的位移和铅直方向上的位移叠加之后在荧光屏上显示相应周期内的Vy变化情况。

【实验仪器】

XD-2型低频信号发生器、THF-1简易信号发生器、57-16示波器

【实验步骤】

1、示波器使用前的校准

将示波器面板上各控制器置于指定位置，将Y轴输入灵敏度选择开关V/div,置于0.2V/div位置，扫描速度t/div开关置于2m.s位置，若示波器性能正常，此时荧光器应显示幅值y=5.0div,周期宽度X=10.0div的方波，否则要调整Y轴增益调节和X轴扫描校准。

将LEVEL电平旋钮反时针转动至至方波稳定，然后将方波移至荧光屏中间，将Y轴输入灵敏度“微调”旋钮，和X轴扫描“微调”旋钮顺时针旋足，若方波Y轴坐标为50d.V,X轴坐标为10.0div,则示波器正常，否则要调节。

2、观察波形

“ACLOC”置于“AC”

先观察正弦波，将待测信号直接输入Y轴输入端

调节V/div使波形在坐标刻度内，调节t/div使出现一个变化缓慢的正弦波形，调节”LEVEL”旋钮，使波形稳定。

改变扫描电压的频率（t/div）观察波形变化。

3、交流电压的测量

在满足测量范围的前提下，V/div值尽可能选小，使波形尽可能大，提高测量精度。

4、时间的测量

荧光屏上一段完整的波形的两个端点的时间间隔t即为正弦电压的周期T，如两点间水平距离为DX.div且t/div开关档级的标准值为0.5的div则：

t=0.5ms/div.DXdiv

5、测量半波整流、全波整流、三角波、方波、衰减振荡波的VP-1及fy。

6、观察并测量正弦信号频率

把X轴控制部分的开关置于”EXT.X”将待测信号源输入“Y轴输入”端，再将XO-22型信号发生器产生的正弦信号送入“X轴输入”端，变化此信号的频率，可在示波器上看到李萨如图形。

分别调节nx,ny为1：

1，2：

1，3：

1，1：

2，1：

3等，求出自制信号源正弦信号频率的平均值。

【数据记录】

观察与测量电压波形

待测信号波形

电压峰—峰值

周期

频率

fy（KHZ）

V/div

div

Up-p（V）

Ms/div

div

TY（ms）

正弦波

2

6.1

12.2

0.2

3.5

0.7

1.43

方波

1

5.1

5.1

0.2

5.8

1.16

0.86

全波

1

5.4

5.4

0.1

3.4

0.34

2.94

半波

2

2.8

5.6

0.2

3.3

0.66

1.52

三角波

0.1

4.7

0.47

0.2

5.7

1.14

0.88

衰减波

0.1

5.7

0.57

0.1

0.6

0.66

16.7

观察李萨如图形，测量正弦信号频率

李萨如图形

fx（KHZ）

ny

nx

fy=nx/nyfx（KHZ）

1:

1

0.570

1

1

0.570

2:

1

0.229

1

2

0.458

3:

1

0.191

1

3

0.571

平均值

fy=0.540

实验二名称:

声速的测定

【实验目的】

1、了解估算声速的温度比较法

2、学会用驻波法测声速

3、培养综合使用仪器的能力

【实验原理】

1、温度比较法

在气体中传播的声速，在假定气体为理想气体时，其传播速度可借助热力学与气体动理论有关原理求得V=V0

1+t/T0

（1）

式中V0—被测空气处于零摄氏度的声速

T0—开尔文T0=273.15K

t—空气的摄氏度

2、驻波法测声速（波腹示踪法）

根据波动理论声速可表示为V=f.λ

（2）

在声波频率f已知的前提下，只要精确到测定空气中声波波长就可以确定声速V0.实验室常用的驻波法，即波腹示踪法测定声波波长。

【实验步骤和内容】

1、测出室温t用温度比较法，利用式

（1）求声速

2、波腹失踪法测波长

（1）连接电路

（2）调整游标卡尺，先使发射器端面与接收器端面靠近，调整信号发生器、示波器，使示波器上出现正弦信号。

（3）求找共振频率、调节信号发生器输出频率，使示波器屏上观察到的信号放大,此时的频率就是共振频率f.

（4）测波腹位置：

在共振频率条件下，将接受器向远离发射器方向缓慢移动，示波器上依次出现信号振幅最大时，分别记下游标卡尺上的读数X1、X2、X3、X4……共12点。

【实验仪器】

带有两个压电换能器的大型游标卡尺，信号发生器，数字频率计，温度计，示波器。

【数据记录】

i

XI（cm）

I+6

Xi+6（cm）

λi=1/3｜XI+6—XI｜（cm）

ΔλI=｜λI—λ｜（cm）

1

4.512

7

7.752

1.080

0.071

2

4.988

8

8.010

1.007

0.002

3

5.500

9

8.498

0.999

0.010

4

5.990

10

8.988

0.999

0.010

5

6.332

11

9.492

0.987

0.022

6

7.026

12

9.982

0.985

0.024

平均值

1.009

0.023

【数据处理】

1、数据记录与计算

开始温度t=24.5。

C结束温度t’=24.5。

C

开始频率f0=35.455KHZ结束频率f0‘=35.435KHZ

平均值f=（35.455+35.435）/2=35.445KHZ

V=f*λ=357.64m/s

2、温度比较法

V=V0

1+t/T0=331.45

1+（t+t’）/2*273.15=345.99m/s

3、计算声速相对不确定度

Ur=UV/V=

（Uf/f）2+（UΛ/λ）2式中Uf/f=0.5实验给出

UΛA=

λI—λ）2/n-1=0.035

UΛB=0.002/

=0.001

UΛ=

UΛA2+UΛB2=0.035

4、计算不确定度

Ur=UV/V=0.035

UV=Ur*V=0.035*345.99=12.11m/s

实验结果V±UV=345.99±12.11m/s

百分差：

△V=｜VΛ—VT｜=357.64-345.99=11.65m/s

Er=△V/VT*100%=11.65/357.99*100%=3.2%

试验三名称：

迈克尔逊干涉仪

【试验目的】

1、了解迈克尔逊干涉仪的调节方法并掌握调节方法

2、观察各种干涉图样，比较它们各自不同的特点

3、测定He—Ne激光波长

【试验原理】

光源上一点发出的一束光线经分光板而被分为两束光线

（1）和

（2），这两束光分别射向相互垂直的全方射镜M1和M2,经M1和M2反射后又汇于分光板G1,这两束光再次被G1分束，它们各有一束按原路返回光源（设两束光分别垂直于M1、M2），同时各有一束光线朝E的方向射出，由于光线

（1）和

（2）为两相干光束，因此可在E方向观察到干涉条纹。

【试验仪器】

迈克尔逊干涉仪，He—Ne激光器及光源，小孔光阑，扩束镜（短焦距会聚透镜），毛玻璃屏

【实验内容】

非定域干涉条纹的调节和激光波长的测量

移动迈克尔干涉仪或激光器，使激光投影在分光镜G1和全反镜M1、M2的中部，激光束大致与M2垂直，靠近激光器处放一小孔光阑，让激光束穿过小孔，用纸片在M2前挡住激光束，观察由M1放射产生的光点在小孔光阑上的位置，如光点横向偏离小孔，则应轻轻转动仪器底座，如光点高低不对，则应调节激光束的高低或倾斜度，使三个光点中最亮点与小孔重合，如光阑高度不当，必要时也要升降，然后用纸片挡住M1,调节M2后的三个螺钉，直至M2放射亮点与小孔重合，这时M1与M2大致垂直。

在光阑后放一扩束镜使光束汇聚，形成点光源，并使其发出的球面波照射到G1上，再在E处放置一毛玻璃屏H，这时屏上就可看到干涉条纹，此时再调节M2的两个微调螺钉，使M1和M2’严格平行，在屏上就可看到非定域的同心圆条纹，且圆心位于光场的中部。

转动手柄使M1前后移动，观察中心条件冒出或缩进，判断M1和M2’之间的距离是增大还是减小，观察间隔d自较大的值逐渐变小至零，然后又由零逐渐往反方向变大时，干涉条纹的粗细与密度变化，并解释之。

锁紧刻度盘止动螺钉，转动微调读数鼓轮，使M1移动，数出在圆心处冒出或缩进干涉条纹的个数△K,并记录M,对应的移动距离△d,便可由公式:

λ=2△d/△k求出激光的波长。

【数据记录与处理】

i

d（mm）

I+5

di+5

△di=di+5-di

Vi2=（△di—△d）2

1

26.92660

6

26.87751

0.04909

2.025*10-7

2

26.91642

7

26.86706

0.04936

3.22*10-8

3

26.90695

8

26.85731

0.04964

1*10-8

4

26.89673

9

26.84726

0.04947

4.9*10-9

5

26.88712

10

26.83687

0.05015

3.481*10-7

△di=0.04954

λ=2△d/△k*5=2*0.0495/30*5=6.605*10-4mm

Ua=

/n-1=1,09*10-4mm

Ub=10-4/

=0.58*10-4mm

所以△Ud=

Ua2+Ub2=

-4）2+（0.58*10-4）2=1.23*10-4mm

UΛ=2U0d/△k*5=1.6*10-6mm

试验结果λ=660.5±1.6mm

百分差Urλ=Uλ/λ*100%=1.6/160.5*100%=0.24%

E0=｜λ—λ0｜/λ0=｜660.5—632.8｜/632.8*100%=4.38%

试验四名称：

集成霍尔传感器测磁场

【试验目的】

1、了解学习用集成霍尔传感器测量磁感应强度的原理和方法

2、学会采用螺丝管中心点磁感应强度理论值来校准集成霍尔感应器灵敏度的方法

【试验原理】

1、霍尔效应及霍尔元件灵敏度KH

将一块半导体薄片放在垂直于它的磁场B中，在薄片的四侧A、A’、D、D’分别引出两对电极，当在AA’方向通电流I，则薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力fB:

FB=evB

载流子受力偏转在DD’两侧积累，而产生电位差，此效应即为霍尔效应，此电场对载流a有一个电场力fe与fB反向，设电场大小为E，DD’间电位差为VH,b为薄膜宽度，则有：

Fe=eE=evH/b

当载流子受fB与fE作用而平衡时，有evB=e*VH/b

若载流子浓度为n,I=nev*s=neub*d（d为霍尔片厚度）

则：

V=I/nebd即VH=1/ne*IB/d=RH*IB/d=KHIB

所以KH=VH/IB

其中RH=1/ne为霍尔系数，KH=RH/d=1/ned为霍尔元件灵敏度

2、用霍尔元件测磁场原理

由KH=VH/IB推出B=VH/IKH

由此若已知KH，测得电流I与相应的霍尔电位差VH则可算出B,但是伴随霍尔效应常存在其他效应，使得VH上会叠加VE、VRL、VN等。

此外使用霍尔元件还会存在不等位电动势引起的误差，所以在确定B和I的条件下，测出的VH实际为VH与VA、V0、VE、VRL、与VN的代数和，所以可以通过改变I和B的方向的方法，即用（+B,+I）,（-B,-I）,（-B,+I）,

（-B,-I）四种情况下测得的V值取算，求平均值作为VH使测得结果排除VA、V0、VE、VRL、与VN的影响。

对于本实验中的的集成霍尔传感器有：

B=（VS—2.500）/KS

【试验仪器】

SS495A型集成霍尔传感器、螺线等，电源和数字电压表组合仪

【实验内容】

1、验证集成霍尔传感器的输出电压US与磁感应强度B的关系式为B=（VS-2,500）/KS并测定传感器的灵敏度KS

接好室验电路

把传感器调整到标准化工作状态，即在零磁场时，传感器输出电压为2.500V，且传感器的工作电流达到规定数值，剩余电压为零，得到补偿，在螺线管励磁电流为零的条件下，将单刀双掷开关K1置于1，调节4.8~5.2电源输出电压，使数字电压表示数为2.500V.

接通螺线管励磁电流，在0~250mA的范围内，每隔25mA测一点，传感器的输出电压Vs,用最小二乘法处理数据，计算螺线管中心点磁感应强度的理论值，从而求出传感器灵敏度。

2、把集成霍尔传感器处于零磁场状态下，用一个外接的2.500V电位差与传感器输出电压2.500V进行补偿，于是可得传感器输出电压V与磁感应强度B的关系式B=V/K,在此条件下，测量螺线管通以200mA励磁电流时的磁场分布，即管内磁感应强度B与位置刻度X的关系图。

补偿方法如下：

断开换向开关K2,使励磁电流为零，保持传感器工作电压不变，将开关K1置于2，调节2.4~2.6V电源的输出电压，使数字电压表的示数为零。

测量螺线管磁感应强度时，集成霍尔传感器的输出电压可取螺线管通以正向和反向励磁电流时两个输出电压的平均值即：

V=（V1+｜V2｜）/2

【实验数据记录与处理】

I/mA

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

US/V

2.500

2.511

2.523

2.533

2.545

2.556

2.567

2.578

2.589

2.600

2.611

由VS=KS*U0*v/

2+D2*Im+2.500

得KS=U0*N/

2+D2

推出KS=31.53

X/cm

V1/（mv）

V2/（mv）

V/（mv）

B

0

8.1

-8.1

8.1

0.26

1

15.2

-14.9

15.1

0.48

2

31.5

-31.2

31.4

1.00

3

56.2

-56.2

56.2

1.78

4

23.9

-23.9

23.9

2.34

5

81.5

-81.4

81.5

2.58

6

84.8

-84.7

84.8

2.69

7

86.6

-86.4

86.5

2.74

8

87.6

-87.4

87.5

2.78

9

88.2

-88.0

88.1

2.80

10

88.6

-88.4

88.5

2.81

11

88.9

-88.6

88.8

2.82

12

89.0

-88.8

88.9

2.82

13

89.0

-88.8

88.9

2.82

14

88.9

-88.7

88.8

2.82

15

88.9

-88.7

88.8

2.82

16

89.0

-89.0

89.0

2.82

17

89.0

-88.9

89.0

2.82

18

88.7

-88.9

88.8

2.82

19

88.8

-88.7

88.8

2.82

20

88.6

-88.5

88.6

2.81

21

88.4

-88.3

88.4

2.80

22

87.9

-87.9

87.9

2.79

23

87.3

-87.2

87.3

2.77

24

86.3

-86.3

86.3

2.74

25

84.8

-84.7

84.8

2.69

26

81.6

-81.5

81.6

2.59

27

74.3

-74.3

74.3

2.36

28

57.5

-57.7

57.6

1.83

29

32.8

-32.3

32.6

1.03

30

15.6

-15.7

15.7

0.50

BC=V0*N*Im/L=2.9

E0=（2.9-2.82）/29*100%=2.7%