物理實(shí)驗(yàn)全解

1、物理實(shí)驗(yàn)全解物理實(shí)驗(yàn)全解實(shí)驗(yàn)一霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用【預(yù)習(xí)思考題】1列出計(jì)算霍爾系數(shù)、載流子濃度n、電導(dǎo)率σ及遷移率μ的計(jì)算公式，并注明單位?；魻栂禂?shù)，載流子濃度，電導(dǎo)率，遷移率。2如已知霍爾樣品的工作電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，如何判斷樣品的導(dǎo)電類型？以根據(jù)右手螺旋定則，從工作電流旋到磁感應(yīng)強(qiáng)度B確定的方向?yàn)檎?，若測(cè)得的霍爾電壓為正，則樣品為P型，反之則為N型。3本實(shí)驗(yàn)為什么要用3個(gè)換向開關(guān)？為了在測(cè)量時(shí)消除一些霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)的影響，需要

2、在測(cè)量時(shí)改變工作電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，因此就需要2個(gè)換向開關(guān)；除了測(cè)量霍爾電壓，還要測(cè)量A、C間的電位差，這是兩個(gè)不同的測(cè)量位置，又需要1個(gè)換向開關(guān)?？傊?，一共需要3個(gè)換向開關(guān)?！痉治鲇懻擃}】1若磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面不完全正交，按式（5.25）測(cè)出的霍爾系數(shù)比實(shí)際值大還是??？要準(zhǔn)確測(cè)定值應(yīng)怎樣進(jìn)行？若磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面不完全正交，則測(cè)出的霍爾系數(shù)比實(shí)際值偏小。要想準(zhǔn)確測(cè)定，就需要保證磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面完全正交，

3、或者設(shè)法測(cè)量出磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾器件平面的夾角。2若已知霍爾器件的性能參數(shù)，采用霍爾效應(yīng)法測(cè)量一個(gè)未知磁場(chǎng)時(shí)，測(cè)量誤差有哪些來源？誤差來源有：測(cè)量工作電流的電流表的測(cè)量誤差，測(cè)量霍爾器件厚度d的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器的測(cè)量誤差，測(cè)量霍爾電壓的電壓表的測(cè)量誤差，磁場(chǎng)方向與霍爾器件平面的夾角影響等。實(shí)驗(yàn)二聲速的測(cè)量【預(yù)習(xí)思考題】1.如何調(diào)節(jié)和判斷測(cè)量系統(tǒng)是否處于共振狀態(tài)？為什么要在系統(tǒng)處于共振的條件下進(jìn)行聲速測(cè)定？答：緩慢調(diào)節(jié)聲速測(cè)試儀信號(hào)源面板上的

4、“信號(hào)頻率”旋鈕，使交流毫伏表指針指示達(dá)到最大（或晶體管電壓表的示值達(dá)到最大），此時(shí)系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，顯示共振發(fā)生的信號(hào)指示燈亮，信號(hào)源面板上頻率顯示窗口顯示共振頻率。在進(jìn)行聲速測(cè)定時(shí)需要測(cè)定駐波波節(jié)的位置，當(dāng)發(fā)射換能器S1處于共振狀態(tài)時(shí)，發(fā)射的超聲波能量最大。若在這樣一個(gè)最佳狀態(tài)移動(dòng)S1至每一個(gè)波節(jié)處，媒質(zhì)壓縮形變最大，則產(chǎn)生的聲壓最大，接收換能器S2接收到的聲壓為最大，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，晶體管電壓表會(huì)顯示出最大值。由數(shù)顯表頭讀出每一個(gè)電

5、壓最大值時(shí)的位置，即對(duì)應(yīng)的波節(jié)位置。因此在系統(tǒng)處于共振的條件下進(jìn)行聲速測(cè)定，可以容易和準(zhǔn)確地測(cè)定波節(jié)的位置，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。2.壓電陶瓷超聲換能器是怎樣實(shí)現(xiàn)機(jī)械信號(hào)和電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換的？答：壓電陶瓷超聲換能器的重要組成部分是壓電陶瓷環(huán)。壓電陶瓷環(huán)由多晶結(jié)構(gòu)的壓電材料制成。這種材料在受到機(jī)械應(yīng)力，發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，會(huì)發(fā)生極化，同時(shí)在極化方向產(chǎn)生電場(chǎng)，這種特性稱為壓電效應(yīng)。反之，如果在壓電材料上加交變電場(chǎng)，材料會(huì)發(fā)生機(jī)械形變，這被稱為逆

6、壓電效應(yīng)。聲速測(cè)量?jī)x中換能器S1作為聲波的發(fā)射器是利用了壓電材料的逆壓電效應(yīng)，壓電陶瓷環(huán)片在交變電壓作用下，發(fā)生縱向機(jī)械振動(dòng)，在空氣中激發(fā)超聲波，把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成了聲信號(hào)。換能器S2作為聲波的接收器是利用了壓電材料的壓電效應(yīng)，空氣的振動(dòng)使壓電陶瓷環(huán)片發(fā)生機(jī)械形變，從而產(chǎn)生電場(chǎng)，把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)?！痉治鲇懻擃}】1.為什么接收器位于波節(jié)處，晶體管電壓表顯示的電壓值是最大值？答：兩超聲換能器間的合成波可近似看成是駐波。其駐波方程為A（x）

7、為合成后各點(diǎn)的振幅。當(dāng)聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，媒質(zhì)中的壓強(qiáng)也隨著時(shí)間和位置發(fā)生變化，所以也常用聲壓P【預(yù)習(xí)思考題】1邁克爾孫干涉儀是利用什么方法產(chǎn)生兩束相干光的？答：邁克爾孫干涉儀是利用分振幅法產(chǎn)生兩束相干光的。2邁克爾孫干涉儀的等傾和等厚干涉分別在什么條件下產(chǎn)生的？條紋形狀如何？隨M1、M2’的間距d如何變化？答：（1）等傾干涉條紋的產(chǎn)生通常需要面光源，且M1、M2’應(yīng)嚴(yán)格平行；等厚干涉條紋的形成則需要M1、M2’不再平行，而是有微小夾角

8、，且二者之間所加的空氣膜較薄。（2）等傾干涉為圓條紋，等厚干涉為直條紋。（3）d越大，條紋越細(xì)越密；d越小，條紋就越粗越疏。3什么樣條件下，白光也會(huì)產(chǎn)生等厚干涉條紋？當(dāng)白光等厚干涉條紋的中心被調(diào)到視場(chǎng)中央時(shí)，M1、M2’兩鏡子的位置成什么關(guān)系？答：白光由于是復(fù)色光，相干長(zhǎng)度較小，所以只有M1、M2’距離非常接近時(shí)，才會(huì)有彩色的干涉條紋，且出現(xiàn)在兩鏡交線附近。當(dāng)白光等厚干涉條紋的中心被調(diào)到視場(chǎng)中央時(shí)，說明M1、M2’已相交?！痉治鲇懻擃}】

9、1用邁克爾孫干涉儀觀察到的等傾干涉條紋與牛頓環(huán)的干涉條紋有何不同？答：二者雖然都是圓條紋，但牛頓環(huán)屬于等厚干涉的結(jié)果，并且等傾干涉條紋中心級(jí)次高，而牛頓環(huán)則是邊緣的干涉級(jí)次高，所以當(dāng)增大（或減?。┛諝鈱雍穸葧r(shí)，等傾干涉條紋會(huì)向外涌出（或向中心縮進(jìn)），而牛頓環(huán)則會(huì)向中心縮進(jìn)（或向外涌出）。2想想如何在邁克爾孫干涉儀上利用白光的等厚干涉條紋測(cè)定透明物體的折射率？答：首先將儀器調(diào)整到M1、M2’相交，即視場(chǎng)中央能看到白光的零級(jí)干涉條紋，然后根

10、據(jù)剛才鏡子的移動(dòng)方向選擇將透明物體放在哪條光路中（主要是為了避免空程差），繼續(xù)向原方向移動(dòng)M1鏡，直到再次看到白光的零級(jí)條紋出現(xiàn)在剛才所在的位置時(shí)，記下M1移動(dòng)的距離所對(duì)應(yīng)的圓環(huán)變化數(shù)N，根據(jù)，即可求出n。實(shí)驗(yàn)六用牛頓環(huán)法測(cè)定透鏡的曲率半徑【預(yù)習(xí)思考題】1白光是復(fù)色光，不同波長(zhǎng)的光經(jīng)牛頓環(huán)裝置各自發(fā)生干涉時(shí)，同級(jí)次的干涉條紋的半徑不同，在重疊區(qū)域某些波長(zhǎng)的光干涉相消，某些波長(zhǎng)的光干涉相長(zhǎng)，所以牛頓環(huán)將變成彩色的。2說明平板玻璃或平凸透鏡

11、的表面在該處不均勻，使等厚干涉條紋發(fā)生了形變。3因顯微鏡筒固定在托架上可隨托架一起移動(dòng)，托架相對(duì)于工作臺(tái)移動(dòng)的距離也即顯微鏡移動(dòng)的距離可以從螺旋測(cè)微計(jì)裝置上讀出。因此讀數(shù)顯微鏡測(cè)得的距離是被測(cè)定物體的實(shí)際長(zhǎng)度。4（1）調(diào)節(jié)目鏡觀察到清晰的叉絲；（2）使用調(diào)焦手輪時(shí)，要使目鏡從靠近被測(cè)物處自下向上移動(dòng)，以免擠壓被測(cè)物，損壞目鏡。（3）為防止空程差，測(cè)量時(shí)應(yīng)單方向旋轉(zhuǎn)測(cè)微鼓輪。5因牛頓環(huán)裝置的接觸處的形變及塵埃等因素的影響，使牛頓環(huán)的中心不

12、易確定，測(cè)量其半徑必然增大測(cè)量的誤差。所以在實(shí)驗(yàn)中通常測(cè)量其直徑以減小誤差，提高精度。6有附加光程差d0空氣膜上下表面的光程差=2dkd0產(chǎn)生k級(jí)暗環(huán)時(shí)=(2k1)2，k=012…暗環(huán)半徑rk=；則Dm2=(m—d0)R，Dn2=(n—d0)R，R=?！痉治鲇懻擃}】1把待測(cè)表面放在水平放置的標(biāo)準(zhǔn)的平板玻璃上，用平行光垂直照射時(shí)，若產(chǎn)生牛頓環(huán)現(xiàn)象，則待測(cè)表面為球面；輕壓待測(cè)表面時(shí)，環(huán)向中心移動(dòng)，則為凸面；若環(huán)向中心外移動(dòng)，則為凹面。2牛頓