大學(xué)物理實驗教材

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)實驗一實驗一 密立根油滴實驗密立根油滴實驗由美國物理學(xué)家密立根（RAMillikan）設(shè)計并完成的密立根油滴實驗，在近代物理學(xué)史上起著十分重要的作用。實驗的結(jié)論證明了任何帶電物體所帶的電荷都是某一最小電荷基本電荷的整數(shù)倍；明確了電荷的不連續(xù)性；并精確地測定了這一基本電荷的數(shù)值即e=(1.6020.002)10C。實驗構(gòu)思巧妙，方法簡便，結(jié)論準(zhǔn)確，因此現(xiàn)在我們重19演這個實驗仍具有一定的啟發(fā)性?！緦嶒?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?1通過對帶電油滴在重力場和靜電場中運動的測量，掌握密立根油滴實驗的原理。2學(xué)習(xí)和掌握用平衡法測量電子電量。3測定電子的電荷量e，并驗證電荷的

2、不連續(xù)性。【實驗器材實驗器材】 (一) 油滴盒：是本儀器很重要部分，機械加工要求較高。其結(jié)構(gòu)見圖 1。油滴盒防風(fēng)罩前裝有測量顯微鏡，通過絕緣環(huán)上的觀察孔觀察平行極板間的油滴。圖圖 1 油滴盒結(jié)構(gòu)圖油滴盒結(jié)構(gòu)圖（二）儀器面板結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 1CCD：將光信號轉(zhuǎn)換成電子圖像信號，與成像顯微鏡及圖圖 2 儀器面板結(jié)構(gòu)圖儀器面板結(jié)構(gòu)圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)顯示器組成電子成像系統(tǒng)。2電源開關(guān)按鈕：打開按鈕，電源接通，整機開始工作。3視頻輸出插座：將 CCD 成像系統(tǒng)的信號輸出至顯示器。顯示器阻抗選擇開關(guān)撥至 75 處。4功能切換開關(guān)：有平衡、升降、測量三檔。（1） 當(dāng)處于中間位置

3、即“平衡”檔時，可用電壓調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié)平衡電壓大小，使被測油滴處于平衡狀態(tài)。調(diào)節(jié)平衡電壓范圍為 DC0450V。（2）當(dāng)處于“升降”檔時，上下電極在平衡電壓的基礎(chǔ)上自動增加提升電壓，油滴將失去原先的平衡狀態(tài)（上升或者下降） 。升降電壓大小用電壓調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)范圍為 DC300700V。（3）當(dāng)處于“測量”檔時，極板間電壓為 0V，被測量油滴在被測量階段因受重力影響而勻速下落，并同時開始計時；油滴下落到預(yù)定距離時，迅速撥到平衡檔，同時停止計時。5電壓調(diào)節(jié)旋鈕：置于不同的檔位可調(diào)節(jié)不同的電壓，調(diào)節(jié)范圍為 DC0700V6視頻輸入座：CCD 視頻輸出和 CCD 電源共用座。7秒表記時鍵：按一下

4、該鍵，清除秒表內(nèi)存同時開始計時，再按一下該鍵，計時器將停止計時，秒表顯示當(dāng)前計時時間。8水平儀：調(diào)節(jié)儀器機箱底部三只調(diào)平螺栓，使水泡處于中間位置，此時平行板處于水平位置。9成像顯微鏡：顯示油滴成像，與 CCD 成像系統(tǒng)及顯示器配套使用組成電子成像系統(tǒng)。10油室：由上、下電極組成一個平行極板的電容器，加上電壓時，極板間形成相對均勻電場，可使帶電油滴在電場中處于平衡狀態(tài)。11照明燈室：內(nèi)置永久性照明 LED，單燈使用壽命大于三年。12計時器：用來測量油滴下降預(yù)定距離間的時間，精確到 0.1S。13三位半數(shù)字電壓表：顯示上下電極板之間的實際電壓。【實驗原理實驗原理】用油滴法測量電子的電荷，可以用靜態(tài)

5、（平衡）測量法或動態(tài)（非平衡）測量法。這里采用平衡法測量，下面簡要介紹其原理：靜態(tài)(平衡)測量法：用噴霧器將油噴入兩塊相距為d的水平放置的平行極板之間。油在噴射撕裂成油滴時，一般都是帶電的。設(shè)油滴的質(zhì)量為m，所帶的電荷為q，兩極板間的電壓為V，則油滴在平行極板間將同時受到重力mg和靜電力qE的作用。如圖 3 所示。如果調(diào)節(jié)兩極板間的電壓V，可使該兩力達到平衡，這時：（1） 從上式可見，為了測出油滴所帶的電量q，除了需測定V和d 外，還需要測量油滴的質(zhì)量。因很小，需用如下特殊方法測定：平行極板不加電壓時，油滴受重力作用而加mm速下降，由于空氣阻力的作用，下降一段距離達到某一速度后，阻力與重力平衡

6、，gvrfmg如圖 4 所示(空氣浮力忽略不計)，油滴將勻速下降。根據(jù)斯托克斯定律，油滴勻速下降時：（2）上式中 是空氣的粘滯系數(shù)， 是油滴的半徑（由于表面張力的原因，油滴總是呈小球狀） 。dVqqEmgmgvfgr6圖圖 4圖圖 3精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)設(shè)油的密度為 ，油滴的質(zhì)量 ， 可以用下式表示： m（3）由(2)式和(3)式，得到油滴的半徑:（4） 對于半徑小到 10-6米的小球，空氣的粘滯系數(shù) 應(yīng)作如下修正:這時斯托克斯定律應(yīng)改為:式中b為修正常數(shù)，b = 6.1710-6米每厘米汞高，p為大氣壓強，單位用厘米汞高。得:（5）上式根號中還包含油滴的半徑 ，但因它處

7、于修正項中，不需十分精確，因此可用(4)式計算。將(5)式代入(3)式，得:（6）至于油滴勻速下降的速度，可用下面方法測出：當(dāng)兩極板間的電壓V為零時，設(shè)油gv滴勻速下降的距離為 ,時間為,則:lgt（7） 將(7)式代入(6)式，(6)式代入(1)式，得： （8）上式是用平衡測量法測定油滴所帶電荷的理論公式?！緦嶒瀮?nèi)容實驗內(nèi)容】這里重點介紹平衡法測量步驟，非平衡法測量步驟與此大同小異。1 1調(diào)整儀器：調(diào)整儀器：將儀器放平穩(wěn)，調(diào)節(jié)儀器機箱底部左右兩只調(diào)平螺絲，使水準(zhǔn)泡指示水平，這時平行極板處于水平位置。先預(yù)熱 10 分鐘，利用預(yù)熱時間，調(diào)節(jié)監(jiān)視器，使分劃板刻線清晰。將油從油霧室旁的噴霧口噴入（噴

8、一、兩次即可） ，微調(diào)測量顯微鏡的調(diào)焦手輪。這時視場中出現(xiàn)大量清晰的油滴，如夜空繁星。如果視場太暗，油滴不夠明亮，可略微調(diào)節(jié)監(jiān)視器面板上的微調(diào)旋鈕。注意：調(diào)整儀器時，如果打開有機玻璃油霧室，必須先將功能切換開關(guān)切換至“測量”位置。2 2練習(xí)測量：練習(xí)測量：練習(xí)控制油滴：用平衡法實驗時，在平行極板上加工作（平衡）電壓 300 伏特左右，噴霧器噴入油滴，電場力會自動驅(qū)走不需要的油滴，直到剩下幾顆緩慢運動時為止。注視其中的某一顆，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，使這顆油滴靜止不動。然后去掉平衡電壓，讓它勻速下降，下降一段距離后再加上平衡電壓和升降電壓，使油滴上升。如此反復(fù)多次地進行練習(xí)，以掌握控制油滴的方法。gv

9、g29pb1pbvfgr16334mpbgvg112923112934pbgvmgggtlv Vdpbtlgqg231218精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)練習(xí)測量油滴運動的時間：任意選擇幾顆運動速度快慢不同的油滴，測出它們下降一段距離所需要的時間?；蛘呒由弦欢ǖ碾妷?，測出它們上升一段距離所需要的時間。如此反復(fù)多練幾次，以掌握測量油滴運動時間的方法。練習(xí)選擇油滴：要做好本實驗，很重要的一點是選擇合適的油滴。選的油滴體積不能太大，太大的油滴雖然比較亮，但一般帶的電荷比較多，下降速度也比較快，時間不容易測準(zhǔn)確。油滴也不能選得太小，太小則布朗運動明顯。通?？梢赃x擇平衡電壓在 200 伏特以

10、上，在 2030 秒時間內(nèi)勻速下降 2mm 的油滴，其大小和帶電量都比較合適。3 3正式測量：正式測量：（1）平衡測量法：從（8）式可見，用平衡測量法實驗時要測量的有兩個量。一個是平衡電壓V ，另一個是油滴勻速下降一段距離 所需要的時間。測量平衡電壓必須經(jīng)過仔l(wèi)gt細(xì)的調(diào)節(jié)，并將油滴置于分劃板上某條橫線附近，以便準(zhǔn)確判斷出這顆油滴是否平衡了。測量油滴勻速下降一段距離 所需要的時間時，為了在按動計時器時有所思想準(zhǔn)備，lgt應(yīng)選讓它下降一段距離后再測量時間。選定測量的一段距離 ，應(yīng)該在平行極板之間的中l(wèi)央部分，即視場中分劃板的中央部分。若太靠近上電極板，小孔附近有氣流，電場也不均勻，會影響測量結(jié)果

11、。太靠近下電極板，測量完時間后，油滴容易丟失，影響測量。一gt般取 =0.200 厘米比較合適。l對同一顆油滴應(yīng)進行 6lO 次測量，測量結(jié)束后可直接將功能切換開關(guān)切換至“升降”檔，油滴便可升至原始位置。如果實驗中油滴逐漸變得模糊，要微調(diào)測量顯微鏡跟蹤油滴，勿使油滴丟失。用同樣方法分別為 45 顆油滴進行測量，求得電子電荷 e 。（2）動態(tài)（非平衡）測量法：具體方法學(xué)生可根據(jù)實驗原理，自擬?！緦嶒灢襟E實驗步驟】1打開電源，整機開始預(yù)熱，預(yù)熱不少于 10 分鐘，顯示器阻抗選擇開關(guān)撥至 75 處。2調(diào)節(jié)儀器機箱底部左右兩個調(diào)節(jié)螺栓，使水平儀指示水平（水泡處于中間位置）。3檢查計時器是否損壞：按記時

12、鍵，使計時秒表計時開始；再按一次計時健，使計時秒表停止計時，計時秒表則會顯示當(dāng)前的計時時間。4把功能切換開關(guān)撥到“平衡”檔，調(diào)節(jié)電壓在 250V 左右，從油霧室小孔噴入油滴（噴一、兩下即可），油滴從上電極板中間直徑 0.4mm 孔落入電場中，關(guān)閉油霧室。5. 驅(qū)走不需要的油滴，直到剩下幾顆緩慢運動的為止，選擇其中一顆，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，使油滴靜止不動，處于平衡狀態(tài)。6功能切換開關(guān)撥到“測量”檔，油滴勻速下降，同時計時，下落距離為 2mm，即顯示器屏幕上縱向四個格子，每個格子顯示 0.5mm，油滴勻速落到最后一格時，將功能切換開關(guān)迅速撥到“平衡”檔，同時秒表停止計時，此時完成一顆油滴的測量階段。

13、7為重復(fù)測量油滴，要將油滴返回到原測量位置，將功能鍵打到“升降”檔，調(diào)節(jié)適當(dāng)電壓，此時油滴可快速上升到原始位置，恢復(fù)到“平衡”檔，可轉(zhuǎn)入下一次測量。8如此反復(fù)測量，并記錄實驗數(shù)據(jù)，可由以下提供的公式計算出油滴的帶電量，油滴的半徑和油滴的質(zhì)量?！緦嶒瀳蟾鎸嶒瀳蟾妗?數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： （1）將和代入公式 q= ，計算出各油滴所帶電量 q。UgtUdpbtlgg231218精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（2）用各個所得的電荷去除標(biāo)準(zhǔn)電子電荷 e0并取整，n=，然后計算 ei= ,最后求0eqnq出，并求出相對誤差 E=100%。kiieke1100|eee平衡測量法參考公式：平衡測量

14、法參考公式：根據(jù)公式 式中油滴的半徑 ggtl29油的密度 3mkg981重力加速度 2secm80. 9g空氣粘滯系數(shù) 115secmkg1083. 1油滴勻速下降距離 m1000. 23l修正常數(shù) )Hg(cmm1017. 66b大氣壓強 P=76.0cm（Hg）平行極板間距離 dm1000. 53將以上數(shù)據(jù)代入公式得：油滴帶電量 庫侖U1)t02. 01(t1043. 1q23gg14油滴半徑 米21gg6t02. 01(t1015. 4油滴質(zhì)量 千克 【注意事項注意事項】1實驗中注意事項：實驗中注意事項： （1）實驗前應(yīng)檢查油滴儀是否水平，如果不水平可能造成落油孔被堵。（2）在實驗中，

15、要注意跟蹤、控制油滴，以免丟失。（3）合理選擇油滴的大小，適當(dāng)調(diào)節(jié)CCD攝像頭與觀察孔的距離。（4）為使平衡電壓測值準(zhǔn)確，應(yīng)適當(dāng)延長觀察平衡狀態(tài)時間。（5）不斷校準(zhǔn)工作電壓，若發(fā)現(xiàn)平衡電壓有明顯改變，則應(yīng)放棄，重新選擇油滴。（6）若落油孔已被堵塞，將上極板取下，用紙和氣球?qū)⒙溆涂變?nèi)油擦、吹去多的油即可。（7）水平儀是用來調(diào)整油滴盒電極板水平的，水平儀在出廠前已經(jīng)作過調(diào)整，因此切勿將其取下兼作它用。也勿任意旋動，否則油滴盒電極板不能調(diào)到水平，油滴就會產(chǎn)生漂移，甚至移出視場。2 安全注意事項：安全注意事項：油滴儀在通上電或者做實驗的情況下，切記不要將防風(fēng)罩取下，此時，上、下電極板之間有DC0750

16、V 的高壓。不小心，則會發(fā)生觸電的危險。3331009. 434mUdpbtlgqg231218精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)【思考題思考題】1長時間地監(jiān)測一顆油滴，由于揮發(fā)使油滴質(zhì)量不斷減少，它將影響哪些量的測量？是否會影響實驗？2為什么在實驗過程中會出現(xiàn)油滴漂移現(xiàn)象？精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)實驗二實驗二 A A 型超聲波診斷儀的基本原理及其應(yīng)用型超聲波診斷儀的基本原理及其應(yīng)用【實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?熟悉 A 型超聲波診斷儀的基本原理。2掌握 A 型超聲波診斷儀的測距原理。3學(xué)會用 A 型超聲波診斷儀測量介質(zhì)的聲阻抗4加深理解超聲波和超聲波傳播的特性?！緦嶒炂鞑膶?/p>

17、驗器材】A 型超聲波診斷儀、有機玻璃水槽、有機玻璃擋板、有機玻璃測試塊、米尺、游標(biāo)卡尺、耦合劑、墨水?！緦嶒炘韺嶒炘怼砍暡ㄊ穷l率在 20KHZ以上的機械波，具有頻率高、波長短，能量集中、方向性強、貫穿本領(lǐng)大、對人體無傷害等特點。它可以在不同媒質(zhì)介面上產(chǎn)生反射和折射（超聲波診斷儀就是根據(jù)這一原理制成的） 。強度為i的超聲波入射至聲阻抗不同的界面時，有一部分被反射，有一部分被透射。反射波的強度r與入射波的強度i 之比稱為反射系數(shù) rI。當(dāng)聲波垂直入射時 (1)212212rI)()(ZZZZIIriZ1、Z2分別為入射媒質(zhì)和反射媒質(zhì)的聲阻抗，兩媒質(zhì)的聲阻抗差越大，反射越強。反之，反射越弱。1

18、A 超的基本原理超的基本原理 超聲診斷儀是利用脈沖回波原理制成的一種超聲探測儀，目前主要用于顱腦的占位性病變的診斷。A 超顯示是超聲診斷最基本的顯示方式，它屬于幅度調(diào)制式（Amplitude Modulation,）顯示方法是在熒光屏上出現(xiàn)脈沖波型，脈沖的幅度與反射波幅度成正比，脈沖之間的距離與反射面之間的距離成正比。A 型超聲波診斷儀由高頻振蕩器、同步信號發(fā)生器、探頭（換能器） 、放大器、示波管(顯示器)等組成。圖 1 是其工作原理方框圖：由高頻振蕩器發(fā)出的高頻電脈沖輸入探頭，激勵探頭中的壓電晶體產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，探頭發(fā)射超聲波（超聲波探頭同時有接收和發(fā)射超聲波的功能） 。在探頭發(fā)射超聲波的同

19、時，高頻電脈沖加到放大器的輸入端，在示波管熒光屏上顯示始波脈沖。超聲波入射到被測物體的表面被反射，探頭接收到反射回波時，由于正壓電效應(yīng)，使反射回波轉(zhuǎn)變成微弱的電振蕩，放大后送至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，在熒光屏上顯示回波脈沖。同步信號發(fā)生器調(diào)節(jié)掃描電路和高頻振蕩器的頻率，使其步調(diào)一致。同時還探頭示波管同步信號發(fā)生器 水掃描電路高頻振蕩器放大器圖圖 1 A 型超聲波診斷儀的工作原理圖型超聲波診斷儀的工作原理圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)觸發(fā)掃描電路和高頻脈沖，使掃描電壓加在示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，為高頻脈沖提供一時間軸，稱為掃描基線。2A 超測距的基本原理超測距的基本原理 超聲波在探頭與

20、媒質(zhì)的不同界面之間可能會經(jīng)過多次反射，因此在熒光屏上顯示出的反射回波常常是很多的，這是因為超聲波脈沖不僅可在不同界面上被反射，而且反射回來的回波又被探頭反射到被測物體的不同界面上，再一次產(chǎn)生回波信號，這樣經(jīng)過多次反射，在熒光屏上就可以看到第一次回波、第二次回波等相似的波形。一般只利用各界面的一次回波，實驗時要善于區(qū)別一次回波與各次回波。設(shè)c為超聲波在媒質(zhì)中的聲速，t為超聲波從兩界面往返的時間間隔，為兩界面的實際距離，則有 （2）2tcL t/2 為超聲波從界面?zhèn)鞑サ浇缑嫠钑r間。 為了使用方便，儀器設(shè)有專門標(biāo)距電路，并產(chǎn)生周期為 13.3s的標(biāo)距脈沖，直接從熒光屏上顯示一系列時標(biāo)，相當(dāng)于水中距

21、離 1cm（大時標(biāo)周期為 66.5s,相當(dāng)于水中距離5cm） ，這樣就可通過測量屏上回波與始波的時標(biāo)數(shù)來得到所測量水的深度。超聲波在水中的傳播速度為 1450m.s-1（人體軟組織的中的傳播速度為 1480m.s-1，與水接近） 。如用A超測量含水豐富的人體軟組織，也可以直接以時標(biāo)數(shù)求得探測深度。如果時標(biāo)數(shù)為n，則有下式： (3a)cm(n1L或 (3b)cm(n5L（3a）式用小時標(biāo)， （3b）式用大時標(biāo)。如果被測物不是水或人體軟組織,由于其聲速與水不同，此時聲波在水中所產(chǎn)生的回波間隔與在被測物中產(chǎn)生的兩回波間隔相同時，由（2）式可知，兩界面的距離分別為： , ，二式相比有： （4）式中 c

22、1和 c2分別為在水中及被測物中的聲速。根據(jù)超聲波傳播和反射的原理，從被測物的超聲回波圖，可以分辨出被測物是實質(zhì)性、囊性和氣體這三種基本形式。與時標(biāo)相結(jié)合，則同時可以確定被測物的位置、大小和深度。3聲阻抗的測量聲阻抗的測量用超聲波垂直入射條件下的聲壓反射系數(shù)，可計算出介質(zhì)的聲阻抗。如圖 2 所示，先利用已知聲阻抗 Z0的液體介質(zhì)（如水） ，測得水與空氣交界面反射幅度。由于空氣和水的特征阻抗相差很多，所以產(chǎn)生全反射，令聲壓為 Pr0 。如果忽略超聲在水中傳播時的損耗，則 Pr0和入射波聲壓幅度 P0應(yīng)基本相同。將被測介質(zhì)代替空氣，測出反射幅度 Prx，由平面波在垂直入射時的聲壓反射系數(shù) rp的計

23、算式 （5）000ZZZZPPrxxrrxp則 （6）利用這種方法，可以很方便地測出某介質(zhì)的聲阻抗。但其測量的精度，受測量時的條件影響很大，如探頭使聲束垂直入射的條件滿足程度、超聲是否是平面波，介質(zhì)本身是否滿足比波長大很多的條件等等。作為一種精度不高的測量方法是可以采用的。0(1)(1)pxprZZr112tLc222tLc2121ccLL精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)【儀器介紹儀器介紹】CTS-5 型超聲波診斷儀面板如圖 3 所示。由熒光屏、各調(diào)節(jié)旋鈕及探頭插孔組成。熒光屏還有標(biāo)尺，它對定標(biāo)起參考的作用。各旋鈕作用如下：垂直位移和水平位移：分別調(diào)節(jié)波形在熒光屏上的垂直位置和水平位

24、置。始波位置：調(diào)節(jié)始波脈沖在熒光屏上的位置。單向及雙向選擇：用單探頭工作時,開關(guān)撥向“單向”(探頭插入“探頭”插座)。上基線則顯示始波、回波位置，下基線為時標(biāo)刻度。選擇雙探頭工作時，開關(guān)撥向“雙向”(兩探 頭分別插入“探頭”和“探頭”插座), 上基線顯示探頭的回波,下基線則顯示探頭的回波,雙蹤顯示主要用來測腦中線的位移。輝度：調(diào)節(jié)掃描基線及圖形的亮度。聚焦、輔助聚焦：調(diào)節(jié)掃描基線及圖形的清晰程度。增益：調(diào)節(jié)回波的幅度抑制：抑制雜波，同時對波幅有影響。應(yīng)配合“增益” 調(diào)節(jié)，使干雜波基本消失而回波幅度足夠大。粗調(diào)、微調(diào)：調(diào)節(jié)深度測量范圍。頻率：選擇超聲波頻率，分為 1.25MHZ、2.5MHZ、5

25、MHZ三個檔次。工作時應(yīng)根據(jù)被測物的性質(zhì)和深度選擇相應(yīng)的工作頻率和探頭。 圖圖 2 特征阻抗測量法特征阻抗測量法圖圖 3 CTS-5型超聲波診斷儀面板如圖型超聲波診斷儀面板如圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)輸出、輸出：調(diào)節(jié)探頭和探頭發(fā)射超聲波的強度。【實驗步驟實驗步驟】熟悉熟悉 A 型超聲波診斷儀各旋鈕的作用型超聲波診斷儀各旋鈕的作用接通電源，將各旋鈕置于正常狀態(tài)，預(yù)熱 23min。屏上應(yīng)出現(xiàn)掃描基線和始波脈沖，調(diào)節(jié)輝度、聚焦等使波形清晰，亮度適中，并居于面板上適當(dāng)位置。將“增益”置于“56”，“抑制”置于“5”， 深度“粗調(diào)”旋鈕置于“30” ，再調(diào)節(jié)“微調(diào)”旋鈕，輸出置于“10

26、”位置，“頻率選擇” 置于 1.25MHZ（或 2.5MHZ,或 5MHZ）與探頭匹配。2 2測量距離測量距離 （1）將深度粗調(diào)置于“30”，調(diào)節(jié)微調(diào)，使時標(biāo)寬度滿意。（2）在水槽中放入 2/3 容積的水。（3）將 1.25 MHZ 探頭與“輸入”接好，將探頭涂上耦合劑（液體石蠟、凡士林油或水）與水槽的一個端面耦合（探頭入射面回波與始波重疊）,如圖 4（a）所示。（4）將水槽擋板放入水槽中，并分別將擋板置于距離為 A、B、C、D 處，記錄顯示屏上始波與回波之間的讀數(shù) n，填入表格 1 中，由（3）求出相應(yīng)的值。用米尺測出探頭距擋板的距離，將其作為代真值，計算每次測量的相對誤差。（5）用 2.5

27、MHZ、5MHZ 的探頭，重復(fù)上述實驗步驟。3.3.測量待測物體厚度測量待測物體厚度（1）將待測物（有機玻璃）放入水槽中任一位置,注意被測物體端面應(yīng)與探頭表面平行,如圖 4（b）所示。 用 1.25 MHZ 探頭，觀察兩端面的反射回波，記錄在熒光屏上的位置，填入表格 2 中。根據(jù)(4)式計算出被測量物的厚度。超聲波在待測物中的傳播速度由實驗室給出（有機玻璃的聲速為2734m.s-1）（2）用游標(biāo)卡尺測量上述被測物體的厚度，以此為參考值0,計算測量結(jié)果的相對誤差。（3）用 2.5 MHZ、5 MHZ 探頭測量待測物體的長度，觀察反射回波幅度的變化，即超聲波在傳播過程中頻率對超聲波強度衰減的影響。

28、. . 測量超聲波在待測物中的聲速測量超聲波在待測物中的聲速把用米尺測量的物體的厚度作為已知數(shù)，重復(fù)步驟 3，測出待測物兩界面回波之間的距離，填入表格 3 中。根據(jù)（4）式求出超聲波在待測物中的聲速，并和已知聲速相比較。測量聲阻抗測量聲阻抗 將水槽中放滿水，如圖 4（c）所示。測出水與空氣交界面反射回波幅度，將被測物體放置水槽的上方代替空氣，被測物體下表面應(yīng)與水面完全接觸，探頭表面與被測物體下表面平行，測出水與被測介質(zhì)交界面反射幅度，填入表格 4 中。根據(jù)(6)式計算出被測物的聲阻抗。水的聲阻抗為Z01.45106kg.m-2.s-1。6 6判定待測物的性質(zhì)判定待測物的性質(zhì)裝有深色水的小水槽中

29、分別放置實心物體、空心物體和空心注水物體的待測物。將探(b) 水 探頭有 機 玻 璃(a)探頭 水 擋板探頭 水 Z0 有機玻璃ZX(c)圖圖 4 4 實驗裝置圖實驗裝置圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)頭如前實驗一樣置于小水槽側(cè)面，觀察反射波的數(shù)量及間距，判定待測物的性質(zhì)及大小?！緦嶒灁?shù)據(jù)記錄與處理實驗數(shù)據(jù)記錄與處理】1.測量距離表 1 探頭頻率:_MHz 時標(biāo):I=_cm 擋板位置0（cm）始波與回波間刻度數(shù)測量值n(cm)%10000LLLEn2.測量物的厚度表 2 探頭頻率:_MHz 時標(biāo):I=_cm c有機玻璃2734m.s-1 被測物a（cm）b（cm）1=|b-a|（c

30、m）2（cm）%100020LLLE寬高測量聲速表 3 探頭頻率:_MHz 時標(biāo):I=_cm c水1450m.s-1測量次數(shù)待測物厚度（cm）回波間距(cm)聲速c待測物(m/s)聲速平均值待測物(m/s)c1234測量聲阻抗表 4水的聲阻抗: Z0_kg.m-2.s-1。測量次數(shù)反射幅度 Pr0反射幅度 Prx聲壓反射系數(shù)rp聲阻抗 Zx聲阻抗平均值( kg.m-2.s-xZ1)123【注意事項注意事項】1調(diào)節(jié)增益和抑制,盡可能使二次回波消失.精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2為了使讀數(shù)準(zhǔn)確,注意始波和回波在掃描基線的位置均為前沿(或均為后沿).3探頭由人工晶體制成,謹(jǐn)防敲打、碰撞

31、。【思考題思考題】1超聲測距是以超聲波的哪些物理特性為依據(jù)的？2第一次回波的許多雜波是怎樣產(chǎn)生的？為什么調(diào)節(jié)增益、輸出、抑制可以使二次回波減小或消失？3超聲測量中，為什么一定要在探頭和被測物體表面之間涂上水或石蠟等耦合劑？ 實驗三實驗三 A A 型超聲波診斷儀觀測腦中線型超聲波診斷儀觀測腦中線 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)【實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?掌握A 型超聲波診斷儀的基本原理。2學(xué)會用A型超聲波診斷儀觀測腦中線。3進一步理解超聲波和超聲波傳播的特性?！緦嶒炂鞑膶嶒炂鞑摹緼 型超聲波診斷儀、米尺、耦合劑?！緦嶒瀸嶒瀸ο髮ο蟆孔栽副粶y者。【實驗原理實驗原理】利用超聲波在不同媒質(zhì)介面上

32、產(chǎn)生反射和折射的特性，可檢測腦中線回波和腦中線位置。所謂腦中線回波(M-E)是來自顱內(nèi)組織矢狀正中面的超聲反射波。腦中線回波的反射源包括：透明隔，第三腦室，松果體，半球間裂以及大腦鐮等，但腦中線回波主要來自第三腦室。如超聲投射位置稍向前后移動，也可分別獲得透明隔和松果體的中線回波。良好的腦中線回波是來自第三腦室。同時，良好的超聲反射一般與下列條件有關(guān)。1.當(dāng)聲波在兩種介質(zhì)的界面反射時，聲阻抗相差越大，反射也越大。2.聲束與界面越接近垂直，反射越大。3.界面越接近平面和面積越大，反射越大。4.聲波通過介質(zhì)時，聲波衰減越少，反射也越大。圖 1 為通過乳頭體的顱腦冠狀切面，顯示由耳廓正上方投射聲波途

33、徑中所存在的各種反射源。聲波首先遇到耳廓正上方顳骨，顳骨內(nèi)側(cè)面盡管凹凸不平，但骨質(zhì)菲薄，故有聲波衰減較少的優(yōu)點。其次從聲波反射界面的投射角度來看，圖中“o”處可獲得最好的反射波， “”和“”處則分別獲得中度和輕度的反射波。但如改變聲波方向，這種情況就必然發(fā)生變化，盡管顱內(nèi)的各種組織的聲阻抗各不相同，但僅從投射角度來辨別它們，仍不一定完全正確。實際上大腦皮質(zhì)、基底節(jié)、丘腦、白質(zhì)乃至腫瘤和血腫等的阻抗差別是相當(dāng)微細(xì)的，但第三腦室的反射波仍是僅次于對側(cè)顱骨內(nèi)板的最大反射波。圖 2 為從耳廓正上向?qū)?cè)對稱部位投射聲波時的單線腦回波。左端波幅較短的波形與頭皮、顳肌、顳骨內(nèi)側(cè)面等聲波的多重反射，稱為進波(

34、I-C)；中央波為中線回波(M-E)或中線波，通常為單波，是第三腦室的反射波，有時表現(xiàn)為復(fù)波；右端稱為底波(B-E)，為對側(cè)顳骨內(nèi)側(cè)面來的反射波。圖圖 1 1 經(jīng)顳部投射超聲波的反射源（經(jīng)顳部投射超聲波的反射源（o o ）的位置）的位置（通過乳頭體的顱腦冠狀切面）（通過乳頭體的顱腦冠狀切面） o o 硬腦膜第三腦室乳頭體左探頭豆?fàn)詈藣u葉丘腦右耳廓右探頭頭皮顱骨顳肌abab進波（I-C）中線波（M-E）底波（B-E）圖圖 2 2 兩側(cè)顳部之間的單線腦回聲圖兩側(cè)顳部之間的單線腦回聲圖a=b+(a=b+(頭皮、顳肌、顳骨頭皮、顳肌、顳骨) )的厚度的厚度精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)正常

35、人進波起點與中線波起點之間的距離a必然大于中線波起點至底波起點之間的距離b，因為進波之起點即振動頭在頭皮上的位置。進波中附加了頭皮，顳骨等的厚度，就必然增大了距離。從單線腦回波圖上測定第三腦室有無移位時，由于不可了解頭皮、顳肌的厚度,就有必要分別從兩側(cè)顳部測量a和b 的距離，通過對照它們的差別再推測中線波有無移位。應(yīng)用兩個探頭在左右顳部同時按上振動頭，這樣使兩個回波圖同時在示波管上描記出來，稱為雙探頭雙線法。圖 3 中右探頭所得回波圖為正像，左探頭所得回波圖為倒像，這樣分別從左右來的回波圖便可同時在示波管上描出。此法可以同時在示波管上測出兩側(cè)顳部到中線波的長度；如兩個中線波的起點上下一致，則表

36、示中線波無移位；如不一致，則表示中線波有移位。上下中線波偏移距離是中線波實際移位 X 的兩倍，由此可以檢出輕微的移位?！緦嶒瀸嶒灢襟E步驟】1調(diào)節(jié)A型超聲波診斷儀接通電源，將各旋鈕置于正常狀態(tài)，預(yù)熱 23min。屏上應(yīng)出現(xiàn)掃描基線和始波脈沖，調(diào)節(jié)輝度、聚焦等使波形清晰，亮度適中，并居于面板上適當(dāng)位置。將“增益”置于最小，“抑制”置于最大， 深度“粗調(diào)”旋鈕置于“30” ，再調(diào)節(jié)“微調(diào)”旋鈕，輸出置于“10”位置， “頻率選擇” 置于 1.25MHZ，選擇的探頭頻率與之匹配。圖圖 3 3 雙探頭雙線法圖解雙探頭雙線法圖解a bX2Xba 右探頭 右 左左探頭 左 右第三腦室左探頭右探頭血腫0012

37、122alxalxaaxx 為腦中線偏離中線距離精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2觀測腦中線回波將兩個探頭涂上耦合劑（發(fā)膏或?qū)Ｓ脙瞿z） ，在左右顳部（成人耳廓上方 23cm 處，前后約 2 厘米的范圍內(nèi)）同時按上，調(diào)節(jié)探頭方向，使聲束對準(zhǔn)對側(cè)對稱部位，在示波管上觀測腦中線回波。當(dāng)出現(xiàn)如下情形之一，即可判斷為腦中線波：1）進波和底波的中央附近出現(xiàn)的最高波形；2）中央附近出現(xiàn)數(shù)個波形時，其中上下搏動最大的波形。3判斷中線有無移位如兩個中線回波的起點上下一致，則表示中線回波無移位；如不一致，則表示中線回波有移位。而上下中線回波偏移的距離是中線回波實際移位的兩倍，由此可以檢出輕微的移位。這種

38、移位可能是由于占位性病變而產(chǎn)生的間接改變，在此檢查結(jié)果的基礎(chǔ)上還需進一步選擇適當(dāng)?shù)臋z查?！咀⒁馐马椬⒁馐马棥?體位 檢查者在被測者頭部后方（也可自測） ，在極其安適的體位下握住探頭。不能將左右兩個探頭顛倒使用。檢查中囑被測者盡量保持淺呼吸，因在吸氣和呼氣時，中線波的波幅有變動傾向，個別情況吸氣時波幅較高，而呼氣時可完全消失，故應(yīng)盡量減少出現(xiàn)這種情況。2聲波 當(dāng)由顳部投射聲波時，為了較準(zhǔn)確的獲得第三腦室的反射波，同時聲波軸向必須對準(zhǔn)對側(cè)對稱部位，因為即使探頭接觸部位正確，超聲波軸向如有偏斜，仍不能獲得第三腦室之反射波。3操作檢查中線波時，首先應(yīng)將超聲儀的輸出和增益放低。此時難以識別哪一個是中線波

39、。欲獲得顱內(nèi)中線波的最好條件，操作時宜先從低輸出和低增益緩緩向上調(diào)整，這樣就能易于發(fā)現(xiàn)在回波圖的中央部位首先出現(xiàn)的波就是中線波?！舅伎碱}思考題】1下列哪些部位能用超聲波探查并說明理由：心臟、肝臟、肺部、胃、腸、腎、膀胱、眼球。在人體檢查中，不同部位選擇超聲頻率是否相同。為什么？ 實驗四實驗四 霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用【實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?了解霍爾效應(yīng)實驗原理以及制作霍爾元件材料與工藝的要求。2測量并繪制試樣的 VHIS和 VHIM曲線，驗證試樣的導(dǎo)電類型，并計算樣品材料的霍精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)爾系數(shù)、載流子濃度、電導(dǎo)率、遷移率。3學(xué)習(xí)用“對稱測量法”消除副效應(yīng)的影

40、響。【實驗器材實驗器材】1THH 型霍爾效應(yīng)實驗儀，主要由規(guī)格為2500GS/A 電磁鐵、N 型半導(dǎo)體硅單晶切薄片式樣、樣品架、IS和 IM換向開關(guān)、VH和 V（即 VAC）測量選擇開關(guān)組成。2THH 型霍爾效應(yīng)測試儀，主要由樣品工作電流源、勵磁電流源和直流數(shù)字毫伏表組成?！緦嶒炘韺嶒炘怼?運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用引起偏轉(zhuǎn)，當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場。如圖：設(shè)載流子電量為 q，載流子在電流方向上的平均定向漂移速率為 ，方向沿 X軸正向，磁感應(yīng)強度為 B，方向沿 Z 軸正

41、向，則洛侖茲力大小為 ，方向沿 Y軸負(fù)向。 圖圖 1. 霍爾電場產(chǎn)生原理示意圖霍爾電場產(chǎn)生原理示意圖在洛侖茲力的作用下，載流子發(fā)生位移，則在 Y 方向即試樣 A、A電極兩側(cè)就開始聚積異號電荷而在試樣 A、A兩側(cè)產(chǎn)生一個電位差 VH ，形成相應(yīng)的附加電場霍爾電場，相應(yīng)的電壓 VH稱為霍爾電壓，電極 A、A稱為霍爾電極。電場的指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。N 型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子為電子，P 型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子為空穴。對 N 型試樣，霍爾電場逆 Y 正向，P 型試樣則沿 Y 正向?；魻栯妶鍪馆d流子受到一個與洛侖茲力方向相反的橫向電場力， gFEF ，為霍爾電場強度。HEqEF HE隨電荷積累增多而增大

42、，當(dāng)載流子所受的橫向電場力與洛侖茲力 相等時，EFHqE樣品兩側(cè)電荷的積累就達到平衡：（1）設(shè)試樣的寬度為 b，厚度為 d，載流子濃度為 n，則電流強度 Is與的關(guān)系為v 因樣品內(nèi)霍爾電場為勻強電場，有 ，代入（1）式 （2）即霍爾電壓（A、A電極之間的電壓）與乘積成正比與試樣厚度 d 成反比。比例系HVBIS數(shù) 稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強弱的重要參數(shù)。根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的元件稱為霍爾元件。由式（2）可見，只要測出 VH（伏）以及知道 Is（安） 、B（高斯）和BqFgvvBqvBqqEHvbdnqISvdBIRdBInqVSHSH1nqRH1HHVbE精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-

43、專注-專業(yè)d（厘米）可按下式計算 RH（厘米3庫侖） 。 （3）上式中的 108 是由于磁感應(yīng)強度 B 用電磁單位（高斯）而其它各量均采用 C、G、S 實用單位而引入。（注：磁感應(yīng)強度 B 的大小與勵磁電流 IM的關(guān)系由制造廠家給定并標(biāo)明在實驗儀上。 ）霍爾元件就是利用上述霍爾效應(yīng)制成的電磁轉(zhuǎn)換元件，對于成品的霍爾元件，其霍爾系數(shù) RH和樣品厚度 d 已知，因此在實際應(yīng)用中式（2）常以如下形式出現(xiàn)： （4）BIKVSHH式中比例系數(shù) KH稱為霍爾元件靈敏度，它表示該器件在單位工作電流和單位磁感應(yīng)強度下輸出的霍爾電壓。Is稱為控制電流，單位取 mA、磁感應(yīng)強度 B 的單位取 KGS、霍爾電壓 V

44、H單位取 mV，則霍爾元件靈敏度 KH的單位為 mV/（mAKGS） 。比例系數(shù) KH越大，霍爾電壓 VH越大，霍爾效應(yīng)越明顯。從應(yīng)用上講，KH愈大愈好。KH與載流子濃度 n 成反比，半導(dǎo)體的載流子密度遠比金屬的載流子密度小，因此用半導(dǎo)體材料制成的霍爾元件，霍爾效應(yīng)明顯，靈敏度較高，這也是一般霍爾元件不用金屬導(dǎo)體而用半導(dǎo)體制成的原因。另外，KH還與霍爾元件厚度 d 成反比，因此霍爾元件一般都很薄。本實驗所用的霍爾元件就是用 N 型半導(dǎo)體硅單晶切薄片制成的。由于霍爾效應(yīng)的建立所需時間很短（約 10-1210-14s） ，因此使用霍爾元件時用直流電或交流電均可。只是使用交流電時，所得的霍爾電壓也是

45、交變的，此時，式（4）中的 Is和 VH應(yīng)理解為有效值。在霍爾效應(yīng)實驗的基礎(chǔ)上還可以對樣品材料的性能進行進一步的研究。1 由由 RH 的符號（或霍爾電壓的正、負(fù)）判斷試樣的導(dǎo)電類型。的符號（或霍爾電壓的正、負(fù)）判斷試樣的導(dǎo)電類型。判斷的方法是按圖 1 所示的 Is 和 B 的方向，若測得的 VHVAA0，則 RH 為負(fù)，樣品屬 N 型，反之則為 P 型。2 由由 RH求載流子濃度求載流子濃度 n 。由比例系數(shù) 得， 。應(yīng)該指出，這個關(guān)系式是假定所有的載流子都具有相同的漂移速率得到的，載流子的漂移速率應(yīng)服從統(tǒng)計分布規(guī)律，因影響不大，本實驗中可以忽略此因素。3 測量材料的電導(dǎo)率測量材料的電導(dǎo)率 。

46、在樣品中沿電流方向測得 L 長度上電壓降為 V，電流為 IS，則該段導(dǎo)體電阻為根據(jù)電阻定律 則有 。4 求載流子的遷移率求載流子的遷移率 。 電導(dǎo)率與載流子濃度 n 以及遷移率之間有如下關(guān)系： 則 【儀器描述儀器描述】TH-H 型霍爾效應(yīng)實驗組合儀由實驗儀和測試儀兩大部分組成。 810BIdVRSHHAnqRH1|Rn |q|HSIVR nqqRnH11HHRKdnqdbdVLISVLISSSLR 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)霍爾效應(yīng)實驗儀霍爾效應(yīng)實驗儀（如圖 2 所示）：霍爾效應(yīng)實驗儀可以顯示通電樣品在磁場作用下的霍爾效應(yīng)，其組成為：1 電磁鐵電磁鐵 規(guī)格為3.00 KGS/A

47、，線包繞向為順時針（操作者面對實驗儀）根據(jù)線包繞向及勵磁電流 IM流向，可確定磁感應(yīng)強度 B 的方向，而 B 的大小與勵磁電流 IM的關(guān)系由制造廠家給定并標(biāo)明在實驗儀上。（2） 霍爾效應(yīng)實驗儀示意圖 圖圖 2. 霍爾效應(yīng)實驗儀霍爾效應(yīng)實驗儀結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖2 樣品和樣品架樣品和樣品架 樣品材料為 N 型半導(dǎo)體硅單晶片，載流子為電子，樣品的幾何結(jié)構(gòu)如圖 3 所示：厚度 d0.5mm，寬度 b4.0mm，A、C 電極間距 l3.0mm。 樣品共有三對電極，其中 A、A或 C、C用于測量霍爾電壓 VH，A、C 或 A、C用于測量電導(dǎo)；D、E 為樣品工作電流電極。各電極與雙刀換接開關(guān)的接線見實驗儀上圖

48、示說明。圖圖 3 樣品示意圖樣品示意圖3 IS和和 IM換向開關(guān)及換向開關(guān)及 VH和和 V測量選擇開關(guān)測量選擇開關(guān)IS和 IM換向開關(guān)投向上方，則 IS及 IM均為正值，反之為負(fù)值；VH和 V測量選擇開關(guān)投向上方測 VH，投向下方測 V。測試儀測試儀（如圖 4 所示）：測試儀用以提供樣品電路電流與建立磁場的電流，并測量霍爾電壓與樣品電路的電壓。l精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1 “IS輸出輸出”為為 010mA 樣品工作電流源，樣品工作電流源， “IM輸出輸出”為為 01A 勵磁電流源。勵磁電流源。圖圖 4 測試儀面板圖測試儀面板圖兩組電流源彼此獨立，兩路輸出電流大小通過 IS調(diào)節(jié)

49、旋鈕及 IM 調(diào)節(jié)旋鈕進行調(diào)節(jié)，二者均連續(xù)可調(diào)。其值可通過“測量選擇”按鍵由同一只數(shù)字電流表進行測量，按鍵低位測 IM，按鍵高位測 IS。2 直流數(shù)字電壓表直流數(shù)字電壓表VH和 V通過功能切換開關(guān)由同一只數(shù)字電壓表進行測量。電壓表零位可通過調(diào)零電位器進行調(diào)整。當(dāng)顯示器的數(shù)字前出現(xiàn)“”號時，表示被測電壓極性為負(fù)值?！緦嶒灢襟E實驗步驟】1接線按圖 2 連接測試儀和實驗儀之間相應(yīng)的 Is、VH和 IM各組連線，Is 及 IM 換向開關(guān)投向上方，表明 Is 及 IM均為正值（沿圖示坐標(biāo)軸正向） ，反之為負(fù)值。VH、V切換開關(guān)投向上方測霍爾電壓 VH，投向下方測樣品電路電壓 V。在測量過程中，VH 、V

50、切換開關(guān)”應(yīng)始終保持閉合狀態(tài)。必須強調(diào)指出：嚴(yán)禁將測試儀的勵磁電源“IM輸出”誤接到實驗儀的“Is 輸入”或“VHV輸出”處，否則一旦通電，霍爾元件即遭損壞！霍爾片已調(diào)至電磁鐵中心位置?；魻柶源嘁姿椋瑖?yán)防撞擊，或用手去觸摸，切勿隨意改變樣品位置，以免與磁極面磨擦而受損。2儀器開機前將 Is、IM調(diào)節(jié)旋鈕逆時針方向旋到底，使其輸出電流趨于最小狀態(tài)。開機后先對測試儀進行調(diào)零，即將測試儀的“Is 調(diào)節(jié)”和“ IM調(diào)節(jié)”旋鈕均置零位，開機數(shù)分鐘后若 VH顯示不為零，可通過面板左下方小孔的“調(diào)零”電位器實現(xiàn)調(diào)零。3測繪 VHIs 曲線將實驗儀的“VH、V”切換開關(guān)投向 VH側(cè)，測試儀的“功能切換”置

51、VH。保持勵磁電流 IM值不變（取 IM0.6A） ，按表 1 中數(shù)據(jù)改變樣品電路電流 Is，測量并記錄 VH值，繪制 VHIs 曲線，算得曲線斜率。 表 1 IM0.6AV1（mV）V2（mV）V3（mV）V4（mV）Is(mA)+Is +B +Is-B -Is-B -Is、+B1.001.502.002.50(mV)44321VVVVVH精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.004.00 根據(jù)所求的斜率與式 計算霍爾元件靈敏度 KH。4測繪 VHIM曲線保持樣品電路電流 Is 值不變， （取 Is3.00mA） ，按表 2 中數(shù)據(jù)改變勵磁電流 IM，測量并記錄 VH值，繪制 VHI

52、M曲線。 表 2 Is3.00mAV1(mV)V2（mV）V3（mV）V4（mV） IM (A)+Is+B +Is-B -Is-B -Is、+B0.3000.4000.5000.6000.7000.8005測量樣品電路電壓 V 值將“VH、V”切換開關(guān)投向 V側(cè)，測試儀的“功能切換”置 V。在零磁場下，取 Is2.00mA，測量 V。注意：Is 取值不要過大，以免 V太大，毫伏表超量程（此時首位數(shù)碼顯示為 1，后三位數(shù)碼熄滅） 。6驗證樣品的導(dǎo)電類型將實驗儀三組雙刀開關(guān)均投向上方，即 Is 沿 X 方向，B 沿 Z 方向，毫伏表測量電壓為VAA 。取 Is2mA，IM0.6A，測量 VH大小及

53、極性，驗證樣品導(dǎo)電類型。7在步驟 3、5 的基礎(chǔ)上，求樣品的霍爾系數(shù) RH、載流子濃度 n、電導(dǎo)率和載流子遷移率 值，其計算式分別為：8. 關(guān)機前，應(yīng)將“I調(diào)節(jié)”和“IM調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針方向旋到底，使其輸出電流趨于零，然后才可切斷電源?！舅伎碱}思考題】在什么樣的條件下會產(chǎn)生霍爾電壓，它的方向與哪些因素有關(guān)？如何觀察不等勢電壓？如何消除它？附附 錄錄霍爾效應(yīng)實驗中的副效應(yīng)及消除方法1. 不等勢電壓降 Vo 如圖附附1 所示，樣品上通有電流時，如果測量霍爾電壓的 A、A兩電極由于焊接位置的不對稱而不在一個等勢面上，即使不加磁場，A、A兩點間也有電壓 Vo 產(chǎn)生，結(jié)果在測量(mV)44321VVVV

54、VHBIKVSHHeHR1n bdVLISVLISS|HR|e| n810BIdVRSHH精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)霍爾電壓 VH時，就疊加了 Vo，使得 VH值偏大（當(dāng) Vo 與 VH同號）或偏?。ó?dāng) Vo 與 VH異號） 。在實驗中對同一 Is 值取相反電流方向，則測得的兩個霍爾電壓必產(chǎn)生正負(fù)對稱的不等勢電壓誤差，通過求平均值，可消除 Vo 的影響。目前對霍爾元件生產(chǎn)工藝水平較高，不等勢電壓很小，一般可以忽略不計，也可以用一電位器加以平衡。2. 熱電效應(yīng)引起的附加電壓 VE如圖附2 所示，由于實際上載流子遷移速率服從統(tǒng)計分布規(guī)律，構(gòu)成電流的載流子v速度不同，若速度為的載流子

55、所受的洛侖茲力與霍爾電場的作用力剛好抵消，則速度小v于的載流子受到的洛侖磁力小于霍爾電場的作用力，將向霍爾電場作用力方向偏轉(zhuǎn)，速v度大于的載流子受到的洛侖磁力大于霍爾電場的作用力，將向洛侖磁力力方向偏轉(zhuǎn)。這v樣使得一側(cè)高速載流子較多，相當(dāng)于溫度較高，另一側(cè)低速載流子較多，相當(dāng)于溫度較低，從而在 Y 方向引起溫差 TATA，由此產(chǎn)生的熱電效應(yīng)，在 A、A電極上附加了溫差電勢差 VE，這種現(xiàn)象稱為愛延好森效應(yīng)。這種效應(yīng)的建立需要一定的時間，如果采用直流電則將給霍爾電壓的測量帶來誤差，如果采用交流電，則由于交流變化快使得愛延好森效應(yīng)來不及建立，可以減小測量誤差，因此在實際應(yīng)用霍爾元件片時，一般都采用

56、交流電。由于VEIsB，其符號與 Is 和 B 的方向的關(guān)系跟 VH是相同的，因此不能用改變 Is 和 B 方向的方法予以消除，但愛延好森效應(yīng)引入的誤差很小，可以忽略。圖圖附附 （2）3. 熱磁效應(yīng)直接引起的附加電壓 VN如圖附3 所示，因器件兩端電流引線的接觸電阻不等，通電后在接點兩處將產(chǎn)生不同的焦?fàn)枱?，?dǎo)致在 X 方向有溫度梯度，引起載流子沿梯度方向擴散而產(chǎn)生熱擴散電流，熱流 Q 在 Z 方向磁場作用下，類似于霍爾效應(yīng)在 Y 方向上產(chǎn)生一附加電場 EN ，相應(yīng)的電壓VN Q B，而 VN的符號只與磁感應(yīng)強度 B 的方向有關(guān)，與樣品電路電流 Is 的方向無關(guān)，因此可對同一 Is 值取相反的磁

57、場方向，使兩次測得的 VH有正負(fù)對稱的附加電壓 VN，通過求平均值，可消除附加電壓的影響。圖圖附附 34. 熱磁效應(yīng)產(chǎn)生的溫差引起的附加電壓 VRL 如圖附4 所示， （3）中所述的 X 方向熱擴散電流，因載流子的速度統(tǒng)計分布，在 Z 的方向的磁場 B 作用下，和（2）中所述的同一道理將在 Y 方向產(chǎn)生溫度梯度 TATA，由此引入的附加電壓 VRL Q B，VRL的符號只與 B 的方向有關(guān)，亦能用副效應(yīng)（3）的同樣方法消除該效應(yīng)的影響。圖圖附附 4綜上所述，實驗中測得的 A 、A之間的電壓除霍爾電壓 VH 外還包含由不等勢電壓降圖圖附附1精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)VO 、熱磁效

58、應(yīng)直接引起的附加電壓 VN、熱磁效應(yīng)產(chǎn)生的溫差引起的附加電壓 VRL和熱電效應(yīng)引起的附加電壓 VE各電壓相加的代數(shù)和，其中 VO、VN和 VRH均可通過 Is 和 B 換向的對稱測量法予以消除。具體方法是在規(guī)定了電流和磁場正、反方向后，分別測量由下列四組不同方向的 IS和 B 的組合的 A 、A之間的電壓。 當(dāng)IS、B 時 V1 = VH VO VN VRL VE當(dāng)IS、B 時 V2 =VH VO VN VRL VE當(dāng)IS、B 時 V3 =VH VO VNVRL VE當(dāng)IS、B 時 V4 =VH VO VN VRL VE按下式對以上四組數(shù)據(jù)進行計算 VE無法通過改變 IS或 B 的方向消除，但

59、在非大電流，非強磁場下，VH VE，因此 VE可略而不計，所以霍爾電壓為： 實驗五實驗五 電子束的聚焦與偏轉(zhuǎn)電子束的聚焦與偏轉(zhuǎn)5.1 電子束的電偏轉(zhuǎn)與電聚焦電子束的電偏轉(zhuǎn)與電聚焦【實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?了解示波管的構(gòu)造和工作原理，研究靜電場對電子的加速作用。2定量分析電子束在橫向勻強電場作用下的偏轉(zhuǎn)情況。EHVVVVVV4432144321VVVVVH精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)【實驗器材實驗器材】DX-2型電子束實驗儀、萬用表、數(shù)字萬用表?！緦嶒炘韺嶒炘怼扛鞣N成像設(shè)備中的示波管、顯示器、電視顯像管、攝像管等的外形和功能雖然各不相同，但它們都有一個共同點：即利用了電子束的聚焦和

60、偏轉(zhuǎn)。電子束的聚焦與偏轉(zhuǎn)可以通過電場和磁場對電子的作用來實現(xiàn)。本實驗就是利用示波管研究電子束在電場和磁場中的運動規(guī)律。1 1小型電子示波管的構(gòu)造小型電子示波管的構(gòu)造電子示波管的構(gòu)造如圖 1 所示。包括下面幾個部分：（1）電子槍，它的作用是發(fā)射電子，把它加速到一定速度并聚成一細(xì)束。（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，由兩對平板電極構(gòu)成。一對上下放置的軸偏轉(zhuǎn)板(或稱垂直偏轉(zhuǎn)板)，一對左右放置的軸偏轉(zhuǎn)板(或稱水平偏轉(zhuǎn)板)。（3）熒光屏，用以顯示電子束打在示波管端面的位置。以上這幾部分都密封在一只玻璃殼之中。玻璃殼內(nèi)抽成高真空，以免電子穿越整個管長時與氣體分子發(fā)生碰撞，故管內(nèi)的殘余氣壓不超過 10-6大氣壓。電子槍的內(nèi)部