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大学物理实验报告

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大学物理实验报告
第1篇:大学物理实验报告 热敏电阻
热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感*一种半导体电阻，具有许多独特*优点和用途，在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛*应用 。*实验通过用电桥法来研究热敏电阻*电阻温度特*，加深对热敏电阻*电阻温度特**了解 。
1、引言
热敏电阻是根据半导体材料*电导率与温度有很强*依赖关系而制成*一种器件，其电阻温度系数一般为*-0.003~+0.6*℃-1 。因此，热敏电阻一般可以分为:
Ⅰ、负电阻温度系数*简称NTC**热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物*主要用铜、*、钴、*等氧化物*在一定*烧结条件下形成*半导体金属氧化物作为基*材料制成*，近年还有单晶半导体等材料制成 。国产*主要是指MF91~MF*型半导体热敏电阻 。由于组成这类热敏电阻*上述过渡金属氧化物在室温范围内基*已全部电离，即载流子浓度基*上与温度无关，因此这类热敏电阻*电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度*关系，随着温度*升高，迁移率增加，电阻率下降 。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、*率计等 。
Ⅱ、正电阻温度系数*简称PTC**热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添加微量*钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成 。这类热敏电阻*电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度*变化相对可以忽略 。载流子数目随温度*升高呈指数增加，载流子数目越多 ， 电阻率越小 。应用广泛 ， 除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等 。
2、实验装置及原理
【实验装置】
FQJ Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置*加热炉内置MF51型半导体热敏电阻*2.7kΩ*以及控温用*温度传感器*，连接线若* 。
【实验原理】
根据半导体理论，一般半导体材料*电阻率 和绝对温度 之间*关系为式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料*物理*质有关 。因而热敏电阻*电阻值 可以根据电阻定律写为式中 为两电极间距离，为热敏电阻*横截面 。
对某一特定电阻而言， 与b均为常数 ， 用实验方法可以测定 。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有上式表明 与 呈线，在实验中只要测得各个温度 以及对应*电阻 *值 ， 以 为横坐标，为纵坐标作图，则得到*图线应为直线 ， 可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b*值 。热敏电阻*电阻温度系数 下式给出 。
从上述方法求得*b值和室温代入式*1 4*，就可以算出室温时*电阻温度系数 。
热敏电阻 在不同温度时*电阻值，可由非平衡直流电桥测得 。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出，就可以得到 值 。
当负载电阻 ，即电桥输出处于开路状态时，=0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态 。为了测量*准确*，在测量之前 ， 电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂*电阻变化有关 。
若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻 ， R4 = RX，则当R4 R4+△R时 ， 因电桥不平衡而产生*电压输出为：*1 5*
在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用*是立式电桥 ， 且，则*1 6*
式中R和 均为预调平衡后*电阻值，测得电压输出后，通过式*1 6*运算可得△R，从而求* =R4+△R 。
3、热敏电阻*电阻温度特*研究
根据表一中MF51型半导体热敏电阻*2.7kΩ*之电阻~温度特*研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 *值，以确保电压输出不会溢出**实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω* 。
根据桥式 ， 预调平衡，将 *能转换 开关旋至 电压 位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表*表二* 。
MF51型半导体热敏电阻*2.7kΩ*之电阻～温度特*
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
非平衡电桥电压输出形式*立式*测量MF51型热敏电阻*数据
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 1* 18.4 20.4 22.4 24.4 2* 28.4
热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -12* -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1
根据表二所得*数据作出 ～ 图，如右图所示 。运用最小二乘法计算所得*线*方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻*2.7kΩ**电阻～温度特**数学表达式为。
4、实验结果误差
通过实验所得*MF51型半导体热敏电阻*电阻 温度特**数学表达式为。根据所得表达式计算出热敏电阻*电阻～温度特**测量值 ， 与表一所给出*参考值有较好*一致*，如下表所示：
表*内接和外接两个方式，以减小测量误差 。实验装置 待测电阻两只，0～5mA 电流表 1 只，0-5V 电压表 1 只，0～50mA 电流表 1 只，0～10V 电压表一 只，滑线变阻器 1 只，DF1730SB3A 稳压源 1 台 。
实验步骤
*实验为简单设计*实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计 。必要时，可提示学 生参照第 2 章中*第 2.4 一节*有关内容 。分压电路是必须要使用* ， 并作具体提示 。*1* 根据相应*电路图对电阻进行测量，记录 U 值和 I 值 。对每一个电阻测量 3 次 。*2* 计算各次测量结果 。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果 。*3* 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应*原因并重新测量 。
实验目*
*1* 了解分光计*原理和构造 。
*2* 学会分光计*调节和使用方法。
*3* 观测*灯在可见光范围内几条光谱线*波长 实验方法原理
若以单*平行光垂直照*在光栅面上，按照光栅衍*理论，衍*光谱中明条纹*位置由下式决定： *a + b* sin ψk=dsin ψk= kλ
如果人*光不是单*，则由上式可以看出 ， 光*波长不同，其衍*角也各不相同，于是复*光将被分解，而在* k =0、 ψ =0 处 ， 各*光仍重叠在一起 ， 形成*明条纹 。在*明条纹两侧对称地分布着 k=1，2 ， 3 ，  级光谱 ，各级光谱 线都按波长大小*顺序依次 排列成一组彩*谱线，这样就把复*光分解为单*光 。如果已知光栅常数，用分光计测出 k 级光谱中某一明条纹*衍*角ψ，即可算出该明条纹所对应*单*光*波长λ 。实验步骤
*1* 调整分光计*工作状态，使其满足测量 条件 。大学物理实验报告大学物理实验报告 。
*2* 利用光栅衍* 测量*灯在可见光范 围内几条谱线*波长 。
① 由于衍*光谱在*明条纹两侧对 称地分布，为了提高测量*准确度 ， 测量第k级光谱时  ， 应测出 +k级和-k 级光谱线*位置，两位置*差值之 半即为实验时 k取1。
② 为了减少分光计刻度盘*偏心误差 ， 测量每条光谱线时，刻度盘上*两个游标都要读数，然后取其平均值 *角 游标*读数方法与游 标卡尺*读数方法基*一致* 。
③ 为了使十字丝对准光谱线，可以使用望远镜微调螺钉12来对准 。
④ 测量时 ， 可将望远 镜置最右端，从 -l 级到 +1 级依次测量，以免漏测数据 。
第3篇:大学物理实验报告 光电效应
实验目*
*1* 观察光电效现象,测定光电管*伏安特*曲线和光照度与光电流关系曲线;测定截止电压,并通过现象了解其物 理意义 。
*2* 练*于 逸出 *时则会 逸出 ，在电场力*作用下向 阳极 运动而形成正向 电流。在 没达到饱和前 ，光电流与电压成线*关系 ,接近饱和时呈非线*关系 ,饱和后电流不再增加。
*2* 电光源发光后 ,其照度随距光源*距离*平方成 *r 2 *反比即光电管得到*光子数与 r2成反比,因此打出*电子数也与 r 2
成反比,形成*饱和光电流 也与 r2成反比,即 I ∝r-2 。
*3* 若给 光电管接反向电压 u 反，在 eU反 《 mv*x/ 2=eUS时*v*x为具有最大速度*电子*速度 * 仍会有电子*到阳极而形成光电流  ， 当继续增大 电压 U反，由于电场力做负*使 电子减速 ，当使其到达 阳极前速度刚好为零 时 U反=US，此时所 观察 到* 光电流为零  ， 由此 可测 得此光电管在当前光源下*截止电压 US 。
实验步骤
*1* 按讲义中*电路原理图连接好实物电路图; *2* 测光电管*伏安特*曲线：
① 先使光电管距光源20cm处 ， 适当选择光源亮度使光电流达最大*不超量程*; ② 逐渐远离光源按要求做好记录; 实验步骤
*4* 测光电管*截止电压： ① 将双向开关换向;
② 使光电管距光源20cm处，将电压调至 0 ，适当选择光源亮度使光电流达最大*不超量程* ， 记录此时*光 电流I0 ， 然后加反向电压使光电流刚好为 0  ， 记下电压值US;
③ 使光电管远离光源*光源亮度不变*重复上述步骤作好记录 。
*3* 零电压下*光电流及截止电压与照度*关系
1. 临界截止电压与照度有什么关系?从实验中所得*结论是否同理论一致?如何解 释光*波粒二象*? 答：临界截止 电压与照度无关，实验结果与理论相符 。光具有*涉、衍**特*，说明光具有拨动* 。从光电效应现象上*，光又具有粒子*，由*方程来描 述：hν=*1/2*mv2*x+A 。
大学物理实验报告
摘要：热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感*一种半导体电阻 ， 具有许多独特*优点和用途，在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛*应用 。*实验通过用电桥法来研究热敏电阻*电阻温度特*，加深对热敏电阻*电阻温度特**了解 。
1、引言
热敏电阻是根据半导体材料*电导率与温度有很强*依赖关系而制成*一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1 。因此，热敏电阻一般可以分为:
Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）*热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、*、钴、*等氧化物）在一定*烧结条件下形成*半导体金属氧化物作为基*材料制成*，近年还有单晶半导体等材料制成 。国产*主要是指MF91~MF*型半导体热敏电阻 。由于组成这类热敏电阻*上述过渡金属氧化物在室温范围内基*已全部电离，即载流子浓度基*上与温度无关，因此这类热敏电阻*电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度*关系 ， 随着温度*升高，迁移率增加 ， 电阻率下降 。大多应用于测温控温技术 ， 还可以制成流量计、*率计等 。
Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）*热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添加微量*钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺 ， 高温烧制而成 。这类热敏电阻*电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度*变化相对可以忽略 。载流子数目随温度*升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小 。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外 ， 还制成各类加热器 ， 如电吹风等 。
2、实验装置及原理
【实验装置】
FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥 ， FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用*温度传感器），连接线若* 。
【实验原理】
根据半导体理论 ， 一般半导体材料*电阻率 和绝对温度 之间*关系为
（1—1）
式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料*物理*质有关 。因而热敏电阻*电阻值 可以根据电阻定律写为
（1—2）
式中 为两电极间距离，为热敏电阻*横截面，。
对某一特定电阻而言，与b均为常数 ， 用实验方法可以测定 。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有
（1—3）
上式表明 与 呈线*关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应*电阻 *值 ， 
以 为横坐标 ，  为纵坐标作图 ， 则得到*图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b*值 。
热敏电阻*电阻温度系数 下式给出
（1—4）
从上述方法求得*b值和室温代入式（1—4），就可以算出室温时*电阻温度系数 。
热敏电阻 在不同温度时*电阻值，可由非平衡直流电桥测得 。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻  ， 只要测出  ， 就可以得到 值 。
当负载电阻 →  ， 即电桥输出处于开
路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示 ， 当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态 。为了测量*准确*，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂*电阻变化有关 。
若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4→R4+△R时，因电桥不平衡而产生*电压输出为：
（1—5）
在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用*是立式电桥，，且，则
（1—6）
式中R和 均为预调平衡后*电阻值，测得电压输出后，通过式（1—6）运算可得△R，从而求* =R4+△R 。
3、热敏电阻*电阻温度特*研究
根据表一中MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻~温度特*研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 *值，以确保电压输出不会溢出（*实验 =1000.0Ω，=4323.0Ω） 。
根据桥式 ， 预调平衡 ， 将“*能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值 ， 并将测量数据列表（表二） 。
表一 MF51型半导体热敏电阻（2.7之电阻～温度特*
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
表二 非平衡电桥电压输出形式（立式）测量MF51型热敏电阻*数据
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 1* 18.4 20.4 22.4 24.4 2* 28.4
热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -12* -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1
根据表二所得*数据作出 ～ 图，如右图所示 。运用最小二乘法计算所得*线*方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）*电阻～温度特**数学表达式为。
4、实验结果误差
通过实验所得*MF51型半导体热敏电阻*电阻—温度特**数学表达式为。根据所得表达式计算出热敏电阻*电阻～温度特**测量值，与表一所给出*参考值有较好*一致*，如下表所示：
表*、光电管*设计等 。
（3）放* 。利用迭加，反*等原理将微小量放大为可测量，例如游标尺、螺旋测微器、库仑扭秤、油膜法测分子直径等 。
2．探索*实验*选题
学生探索*实验 ， 并不是去揭示尚未认识*物理规律 。而是在经历该实验*全过程之后，对探索*实验有一个实在*感受，掌握探索未知物理规律*基*方法 。
探索*实验*选题应与学生*知识水平和学*，或由大到小，最后 ， 正确读取数据 。
（3）故障*排除
实验中*故障排除，不单是一种*作能力，它涉及对实验原理*掌握程度、*问题处理问题*方法、对各部件工作情况*了解等，是一种综合运用能力 。
实验发生故障时，应根据各部件工作状态及各部件联结处**，可能产生故障*几种因素，逐个* ， 以致最后排除故障 。
总之，培养实验*作能力，是学*电流是1.5A，最大阻值是50Ω 。
（4）观察图像、图表、示意图、实物图 。对图像*观察，主要是观察它反映*是什么物理现象 ， 物理量变化过程怎样，物理量*变化遵循什么规律 。
对图表*观察，主要通过观察了解图表*意义、用途、应用条件以及所列物理量*单位 。
例如，液体*沸点表反映了不同液体沸腾时*温度，用它可以查找液体*沸点，单位是℃，因液体*沸点跟压强等条件有关系，表中所列*通常是在1标准大气压下*沸点值 。
对示意图、电路图、实物图等*观察，主要观察它们分别反映*是什么物理模型 ， 有何用途 ， 仪器和电路*结构是怎样布局*，各个部件（或元件）如何连接，各部分有什么关系等等 。
（5）观察实验装置*安装 。通过对实验装置安装*观察 ， 可了解该装置*用途，使用了哪些仪器和元件以及仪器配置*顺序和方法等等 。
（6）观察实验**作过程 。通过对实验*作过程观察，可了解*作前需做哪些准备工作，*作实验*顺序和过程怎样（例略） 。
（7）观察实验*现象 。对实验现象*观察，主要是观察现象产生*条件和过程 。
例如，两根相距很近*平行导线，当通入相同方向*电流时，两者会相互吸引；当通入相反方向电流时 ， 两者就互相排斥 。
（8）观察实验*数据 。实验数据*观察，要求观测*方法要正确，数字*读数要根据仪器最小刻度达到一定*准确度，记录测量*结果时必须明确数据*单位 。
例如，测物体长度，观察刻度时要眼睛正视制度线，不能斜视，观察装在玻璃量筒里或玻璃量杯里水面到达*刻度时，视线要跟水面凹形*底部相平，观察水银温度计时，视线要和水银面最高处相平 。
（9）观察教师*示范演示 。对教师示范演示*观察 ， 要观察教师规范化*安装实验装置，合理地安排实验程序和正确**作过程以及演示物理现象、数据*读取和记录，如何得到实验结果等等（例略） 。
5．物理实验中*观察方法
物理实验观察，通常采用*方法有：对比观察法和归纳观察法 。
（1）对比观察法 。人们认识事物、现象，往往是通过对两个事物、现象*对比，或把某一现象发生变化*前、后情况进行比较来实现* 。
例如，观察物质熔解或凝固时*体积变化，就可以把石蜡放在烧杯里，先用酒精灯徐徐加热使其全部熔解 。这时，观察到石蜡液面是水平*，标出液面与烧杯接触*高度 。撤去酒精灯，等石蜡冷却全部凝固后，经过观察发现：石蜡面与烧杯接触*高度虽然没有明显*变化，但表面凹下去了 。
又如，在学*，达到液面后破裂 。大学物理实验报告各类报告 。通过液体沸腾前、后*情况对比，可以得知：沸腾是液体内部和表面都进行剧烈地汽化*现象 。
我们还可以人为地控制条件，使液体分别在常压、加压、减压下沸腾，比较不同情况下*沸腾现象可知：同一种液体，沸点随外界压强变化而改变；如果研究对象为不同液体，使它们在相同外界压强*条件下沸腾，通过对比实验观察可知，在相同*压强下，不同液体*沸点是不同* 。
从以上两个例子可以看出：使用对比观察法，有利于掌握现象*特征以及它与其它类似现象*区别 。
（2）归纳观察法 。总结一些现象*一般规律，反映现象*实质时 ， 或研究一些涉及变化因素较多*问题时，通常采用归纳观察法 。即通过对个别现象分别进行观察 ， 得到一些个别*结论，再*、归纳，从而得出一般*规律 。
例如，为了便于研究质点*加速度与力、质量*关系 ， 就在先确定质量这个因素是不变情况下 ， 观察加速度与力之间*关系；然后在确定另一个因素——力是不变*情况下，观察加速度与质量之间*关系；最后 ， 通过归纳得出*第二运动定律 。
可见，使用归纳观察法，有利于掌握现象*实质以及研究比较复杂现象*一般规律 。
总之，培养观察能力，要明确观察*目*、任务，激发学生*观察兴趣，要使学生养成善于观察、勤于思考**小应当与测量得值所表达*精确度相适应 。
b.为便于制图和利用图形查找数据每个格值代表*有效数字尽量采用1、2、4、5避免使用3、6、7、9等数字 。
④作散点图 ， 根据确定*坐标分度值将数据作为点*坐标在坐标纸中标出，考虑到数据*分类及测量*数据组先后顺序等，应采用不同符*标出点*坐标 。常用*符*有：×○●△■等，规定标记*中心为数据*坐标 。
⑤拟合曲线，拟合曲线是用图形表示实验结果*主要目*，也是培养学生作图方法和技巧*关键一环，拟合曲线时应注意以下几点：
a.转折点尽量要少，更不能出现人为折曲 。
b.曲线走向应尽量*近各坐标点，而不是通过所有点 。
c.除曲线通过*点以外，处于曲线两侧*点数应当相近 。
（2）实验结果*方程表示法 。方程式是中学生应用较多*一种数学形式，利用方程式表示实验结果 。不仅在形式上紧凑，并且也便于作数学上*进一步处理 。实验结果*方程表示法一般可分以下四步进行 。
①确立数学模型，对于只研究两个变量相互关系*实验，其数学模型可借助于图解法来确定，首先根据实验数据在直角坐标系中作出相应图线 ， 看其图线是否是直线，反比关系曲线 ， 幂函数曲线，指数曲线等，就可确定出经验方程*数学模型分别为：
Y=a+bx，Y=a+b/x ， Y=a，Y=aexp（bx）
②改直，为方便*求出曲线关系方程*未定系数 ， 在精度要求不太高*情况下，在确定*数学模型*基*上，通过对数学模型求对数方法，变换成为直线方程，并根据实验数据用单对数（或双对数）坐标系作出对应*直线图形 。
③求出直线方程未定系数 ， 根据改直后直线图形，通过学生已经掌握*解析几何*原理，就可根据坐标系内*直线找出其斜率和截距，确定出直线方程*两个未定系数 。
④求出经验方程，将确定*两个未定系数代入数学模型，即得到中学生比较习惯*直角坐标系*经验方程 。
【大学物理实验报告】7．分组实验问题

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