目錄聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)處理 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)聲速的測(cè)定 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)聲速的測(cè)量數(shù)據(jù)處理 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)聲速的測(cè)量不確定度 大學(xué)聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一、實(shí)驗(yàn)名稱： 霍爾效應(yīng)原理及其應(yīng)用
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
1、了解霍爾效應(yīng)產(chǎn)生原理；
2、測(cè)量霍爾元件的 、 曲線，了解霍爾電壓 與霍爾元件工作電流 、直螺線管的勵(lì)磁電流 間的關(guān)系；
3、學(xué)習(xí)用霍爾元件測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理和方法，測(cè)量長(zhǎng)直螺旋管軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度 及分布；
4、學(xué)習(xí)用對(duì)稱交換測(cè)量法（異號(hào)法）消除負(fù)效應(yīng)產(chǎn)生的誤差。
三、儀器用具：YX-04型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀（儀器資產(chǎn)編號(hào)）
四、實(shí)驗(yàn)原理：
1、霍爾效應(yīng)現(xiàn)象及物理解釋
霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力 作用而引起的偏轉(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)致在垂直于電流和磁場(chǎng)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(chǎng)。對(duì)于圖1所示。
半導(dǎo)體樣品，若在x方向通以電流 ，在z方向加磁場(chǎng) ，則在y方向即樣品A、A′電極兩側(cè)就開(kāi)始聚積異號(hào)電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的電場(chǎng) ，電場(chǎng)的指向取決于樣品的導(dǎo)電類型。顯然，當(dāng)則慎局載流子所受的橫向電場(chǎng)力 時(shí)電荷不斷聚積，電場(chǎng)不斷加強(qiáng)，直到 樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡，即樣品A、A′間形成了穩(wěn)定的電勢(shì)差（霍爾電壓） 。
設(shè) 為霍爾電場(chǎng)， 是載流子在電流方向上的平均漂移速度；樣品的寬度為 ，厚度為 ，載流子濃度為 ，則有：
（1－1）
因?yàn)?， ，又根據(jù) ，則
（1－2）
其中 稱為霍孝雹爾系數(shù)，是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)。只要測(cè)出 、 以及知道 和 ，可按下式計(jì)算 ：
（1－3）
（1—4）
為霍爾元件靈敏度。根據(jù)RH可進(jìn)一步確定以下參數(shù)。
（1）由 的符號(hào)（霍爾電壓的正負(fù)）判斷樣品的導(dǎo)電類型。判別的方法是按圖1所示的 和 的方向（即測(cè)量中的＋ ，＋ ），若測(cè)得的 ＜0（即A′的電位低于A的電位），則樣品屬N型，反之為P型。
（2）由 求載流子濃度 ，即 。應(yīng)該指出，這個(gè)關(guān)系式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得到的。嚴(yán)格一點(diǎn)，考慮載流子的速度統(tǒng)計(jì)分布，需引入 的修正因子（可參閱黃昆、謝希德著《半導(dǎo)體物理學(xué)》）。
（3）孫讓結(jié)合電導(dǎo)率的測(cè)量，求載流子的遷移率 。電導(dǎo)率 與載流子濃度 以及遷移率 之間有如下關(guān)系：
（1－5）
2、霍爾效應(yīng)中的副效應(yīng)及其消除方法
上述推導(dǎo)是從理想情況出發(fā)的，實(shí)際情況要復(fù)雜得多。產(chǎn)生上述霍爾效應(yīng)的同時(shí)還伴隨產(chǎn)生四種副效應(yīng)，使 的測(cè)量產(chǎn)生誤差，如圖2所示。
（1）厄廷好森效應(yīng)引起的電勢(shì)差 。由于電子實(shí)際上并非以同一速度v沿y軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)，速度大的電子回轉(zhuǎn)半徑大，能較快地到達(dá)接點(diǎn)3的側(cè)面，從而導(dǎo)致3側(cè)面較4側(cè)面集中較多能量高的電子，結(jié)果3、4側(cè)面出現(xiàn)溫差，產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì) ?？梢宰C明 。 的正負(fù)與 和 的方向有關(guān)。
（2）能斯特效應(yīng)引起的電勢(shì)差 。焊點(diǎn)1、2間接觸電阻可能不同，通電發(fā)熱程度不同，故1、2兩點(diǎn)間溫度可能不同，于是引起熱擴(kuò)散電流。與霍爾效應(yīng)類似，該熱擴(kuò)散電流也會(huì)在3、4點(diǎn)間形成電勢(shì)差 。若只考慮接觸電阻的差異，則 的方向僅與磁場(chǎng) 的方向有關(guān)。
（3）里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)差 。上述熱擴(kuò)散電流的載流子由于速度不同，根據(jù)厄廷好森效應(yīng)同樣的理由，又會(huì)在3、4點(diǎn)間形成溫差電動(dòng)勢(shì) 。 的正負(fù)僅與 的方向有關(guān)，而與 的方向無(wú)關(guān)。
（4）不等電勢(shì)效應(yīng)引起的電勢(shì)差 。由于制造上的困難及材料的不均勻性，3、4兩點(diǎn)實(shí)際上不可能在同一等勢(shì)面上，只要有電流沿x方向流過(guò)，即使沒(méi)有磁場(chǎng) ，3、4兩點(diǎn)間也會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差 。 的正負(fù)只與電流 的方向有關(guān)，而與 的方向無(wú)關(guān)。
綜上所述，在確定的磁場(chǎng) 和電流 下，實(shí)際測(cè)出的電壓是霍爾效應(yīng)電壓與副效應(yīng)產(chǎn)生的附加電壓的代數(shù)和?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)稱測(cè)量方法，即改變 和磁場(chǎng) 的方向加以消除和減小副效應(yīng)的影響。在規(guī)定了電流 和磁場(chǎng) 正、反方向后，可以測(cè)量出由下列四組不同方向的 和 組合的電壓。即：
， ：
， ：
， ：
， ：
然后求 ， ， ， 的代數(shù)平均值得：
通過(guò)上述測(cè)量方法，雖然不能消除所有的副效應(yīng)，但 較小，引入的誤差不大，可以忽略不計(jì)，因此霍爾效應(yīng)電壓 可近似為
（1－6）
3、直螺線管中的磁場(chǎng)分布
1、以上分析可知，將通電的霍爾元件放置在磁場(chǎng)中，已知霍爾元件靈敏度 ，測(cè)量出 和 ，就可以計(jì)算出所處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 。
（1－7）
2、直螺旋管離中點(diǎn) 處的軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度理論公式：
（1－8）
式中， 是磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率， 為螺旋管的匝數(shù)， 為通過(guò)螺旋管的電流， 為螺旋管的長(zhǎng)度， 是螺旋管的內(nèi)徑， 為離螺旋管中點(diǎn)的距離。
X=0時(shí)，螺旋管中點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度
（1－9）
五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
測(cè)量霍爾元件的 、 關(guān)系；
1、將測(cè)試儀的“ 調(diào)節(jié)”和“ 調(diào)節(jié)”旋鈕均置零位（即逆時(shí)針旋到底），極性開(kāi)關(guān)選擇置“0”。
2、接通電源，電流表顯示“0.000”。有時(shí)， 調(diào)節(jié)電位器或 調(diào)節(jié)電位器起點(diǎn)不為零，將出現(xiàn)電流表指示末位數(shù)不為零，亦屬正常。電壓表顯示“0.0000”。
3、測(cè)定 關(guān)系。取 ＝900mA，保持不變；霍爾元件置于螺旋管中點(diǎn)（二維移動(dòng)尺水平方向14.00cm處與讀數(shù)零點(diǎn)對(duì)齊）。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)“ 調(diào)節(jié)”旋鈕， 依次取值為1.00，2.00，…，10.00mA，將 和 極性開(kāi)關(guān)選擇置“＋” 和“－”改變 與 的極性，記錄相應(yīng)的電壓表讀數(shù) 值，填入數(shù)據(jù)記錄表1。
4、以 為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)作 圖，并對(duì) 曲線作定性討論。
5、測(cè)定 關(guān)系。取 =10 mA ,保持不變；霍爾元件置于螺旋管中點(diǎn)（二維移動(dòng)尺水平方向14.00cm處與讀數(shù)零點(diǎn)對(duì)齊）。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)“ 調(diào)節(jié)”旋鈕， 依次取值為0，100，200，…，900 mA，將 和 極性開(kāi)關(guān)擇置“＋” 和“－”改變 與 的極性，記錄相應(yīng)的電壓表讀數(shù) 值，填入數(shù)據(jù)記錄表2。
6、以 為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)作 圖，并對(duì) 曲線作定性討論。
測(cè)量長(zhǎng)直螺旋管軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度
1、取 =10 mA， ＝900mA。
2、移動(dòng)水平調(diào)節(jié)螺釘，使霍爾元件在直螺線管中的位置 （水平移動(dòng)游標(biāo)尺上讀出），先從14.00cm開(kāi)始，最后到0cm點(diǎn)。改變 和 極性，記錄相應(yīng)的電壓表讀數(shù) 值，填入數(shù)據(jù)記錄表3，計(jì)算出直螺旋管軸向?qū)?yīng)位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度 。
3、以 為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)作 圖，并對(duì) 曲線作定性討論。
4、用公式（1－8）計(jì)算長(zhǎng)直螺旋管中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度的理論值，并與長(zhǎng)直螺旋管中心磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量值 比較，用百分誤差的形式表示測(cè)量結(jié)果。式中 ,其余參數(shù)詳見(jiàn)儀器銘牌所示。
六、 注意事項(xiàng)：
1、為了消除副效應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)中采用對(duì)稱測(cè)量法，即改變 和 的方向。
2、霍爾元件的工作電流引線與霍爾電壓引線不能搞錯(cuò)；霍爾元件的工作電流和螺線管的勵(lì)磁電流要分清，否則會(huì)燒壞霍爾元件。
3、實(shí)驗(yàn)間隙要斷開(kāi)螺線管的勵(lì)磁電流 與霍爾元件的工作電流 ，即 和 的極性開(kāi)關(guān)置0位。
4、霍耳元件及二維移動(dòng)尺容易折斷、變形，要注意保護(hù)，應(yīng)注意避免擠壓、碰撞等，不要用手觸摸霍爾元件。
七、 數(shù)據(jù)記錄：KH=23.09，N=3150匝，L=280mm,r=13mm
表1 關(guān)系（ =900mA）
（mV）（mV）（mV）（mV）
1.00 0.28 -0.27 0.31 -0.30 0.29
2.00 0.59 -0.58 0.63 -0.64 0.61
3.00 0.89 -0.87 0.95 -0.96 0.90
4.00 1.20 -1.16 1.27 -1.29 1.23
5.00 1.49 -1.46 1.59 -1.61 1.54
6.00 1.80 -1.77 1.90 -1.93 1.85
7.00 2.11 -2.07 2.22 -2.25 2.17
8.00 2.41 -2.38 2.65 -2.54 2.47
9.00 2.68 -2.69 2.84 -2.87 2.77
10.00 2.99 -3.00 3.17 -3.19 3.09
表2 關(guān)系（ =10.00mA）
（mV）（mV）（mV）（mV）
0 -0.10 0.08 0.14 -0.16 0.12
100 0.18 -0.20 0.46 -0.47 0.33
200 0.52 -0.54 0.80 -0.79 0.66
300 0.85 -0.88 1.14 -1.15 1.00
400 1.20 -1.22 1.48 -1.49 1.35
500 1.54 -1.56 1.82 -1.83 1.69
600 1.88 -1.89 2.17 -2.16 2.02
700 2.23 -2.24 2.50 -2.51 2.37
800 2.56 -2.58 2.84 -2.85 2.71
900 2.90 -2.92 3.18 -3.20 3.05
表3關(guān)系=10.00mA， =900mA
（mV）（mV）（mV）（mV） B×10-3T
0 0.54 -0.56- 0.73 -0.74 2.88
0.5 0.95 -0.99 1.17 -1.18 4.64
1.0 1.55 -1.58 1.80 -1.75 7.23
2.0 2.33 2.37- 2.88 -2.52 10.57
4.0 2.74 -2.79 2.96 -2.94 12.30
6.0 2.88 -2.92 3.09 -3.08 12.90
8.0 2.91 -2.95 3.13 -3.11 13.10
10.0 2.92 -2.96 3.13 -3.13 13.10
12.0 2.94 -2.99 3.15 -3.06 13.20
14.0 2.96 -2.99 3.16 -3.17 13.3
八、 數(shù)據(jù)處理：（作圖用坐標(biāo)紙）
九、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
實(shí)驗(yàn)表明：霍爾電壓 與霍爾元件工作電流 、直螺線管的勵(lì)磁電流 間成線性的關(guān)系。
長(zhǎng)直螺旋管軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度：
B=UH/KH*IS=1.33x10-2T
理論值比較誤差為: E=5.3%
十、問(wèn)題討論（或思考題）：
參考資料： 網(wǎng)站: http://ly17yun.lingd.net中有很多
一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
寫(xiě)你通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軐W(xué)到什么,或了解什么.
二.實(shí)驗(yàn)原理
寫(xiě)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)要用到的原理圖和公式.
三.實(shí)驗(yàn)步驟
寫(xiě)橘歲做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵操作步驟,具體情況參見(jiàn)物理實(shí)驗(yàn)的書(shū)籍.
四.分析實(shí)驗(yàn)(在實(shí)驗(yàn)完后做)
處理實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù),把要填的表格填上,涉及公式運(yùn)算的要有步驟.
五.實(shí)驗(yàn)心得(可圓凳睜寫(xiě)可不寫(xiě)).
基本上是這五步.就按這個(gè)格式粗陪寫(xiě)就行.
壓電陶瓷換能器的共振頻率在超聲波段,要測(cè)量可聞聲波,也許要換一種共振頻率低的壓電陶瓷換能器,(一般的,面積比較大些的就可以了)
可聞聲波的波長(zhǎng)一般都比較長(zhǎng),超聲波在空氣中的波長(zhǎng),最長(zhǎng)為17mm左右.因此可聞聲波更容易測(cè)量.
但是可聞聲波的方向性差薯罩,波長(zhǎng)與實(shí)驗(yàn)器材的尺度太接迅手穗近,容易產(chǎn)生各種干涉衍射現(xiàn)象,影響實(shí)驗(yàn)畝卜的測(cè)量.
所以用超聲來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn).
物理系的滾含大人會(huì)有一本物大豎理實(shí)驗(yàn)的教材，原理、步驟上面都有，提煉一下就可以了，格式跟樓上說(shuō)的差不多，不過(guò)應(yīng)該加上誤差分析。還老鍵有實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)該寫(xiě)上
你好，你這個(gè)實(shí)驗(yàn)我做過(guò)，所以我知道一點(diǎn)
壓電陶瓷的工作原理就是其把電能轉(zhuǎn)換為聲音的振動(dòng)能，
其頻率的碼核測(cè)量很簡(jiǎn)單，你們的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該用到示波器吧，你先把聲音的振動(dòng)波形調(diào)節(jié)出來(lái)。然后一邊看波形一邊調(diào)節(jié)儀器的頻率，什御模穗么時(shí)候你看到正炫波的振幅大了。那時(shí)的頻率就是壓電陶瓷的共振頻率。因?yàn)橹挥械竭_(dá)共振時(shí)，鎮(zhèn)卜傳遞的能量才最多，聲音振動(dòng)的振幅才最大
