大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)微小長(zhǎng)度的測(cè)量

荊楚理工學(xué)院大學(xué)

物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：王碩學(xué)號(hào)：2013402020107專業(yè)：過(guò)程裝備與控制工程日期：5/31/2014實(shí)驗(yàn)題目：微小長(zhǎng)度的測(cè)量目的要求：了解霍爾效應(yīng)的原理應(yīng)用霍爾效應(yīng)進(jìn)行微小長(zhǎng)度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)儀器與試劑：亥姆霍茲線圈、材質(zhì)均勻的鐵塊、導(dǎo)線、電壓表、電流表、電源、開關(guān)、電阻箱實(shí)驗(yàn)原理：霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。正交電場(chǎng)和電流強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場(chǎng)和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。當(dāng)洛倫磁力舊、f電場(chǎng)力、fE相等時(shí)，電荷的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)在薄片兩側(cè)面D、D’之間所建立的電場(chǎng)EH稱為霍爾電場(chǎng)，相應(yīng)的電壓UH稱為霍爾電壓，這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生近似均勻的磁場(chǎng)，亥姆霍茲線圈是由兩個(gè)相同的線圈同軸放置，其中心間距等于線圈的半徑。將兩個(gè)線圈通以同向電流時(shí)，磁場(chǎng)疊加增強(qiáng)，并在一定區(qū)域形成近似均勻的磁場(chǎng)；通以反向電流時(shí)，則疊加使磁場(chǎng)減弱，以至出現(xiàn)磁場(chǎng)為零的區(qū)域。利用其產(chǎn)生的近似均勻的磁場(chǎng)作為產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的磁場(chǎng)，qVHlj=qvBVH!a-BI!{nq^d）VH=昭0g實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：如圖所示連接各個(gè)部件，閉合電路，將連接好的電路按照?qǐng)D中所示的方案放置到亥姆霍茲線圈產(chǎn)生近似均勻的磁場(chǎng)中去。已知磁場(chǎng)強(qiáng)度B。待電路中電流表穩(wěn)定后，讀取兩只表示數(shù)，并記錄，適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱使得主干路電流表示數(shù)發(fā)生變化，并再次讀出兩只表示數(shù)重復(fù)上述操作（共六組數(shù)據(jù)）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果記錄及整理：次數(shù)123456電流表讀數(shù)（A）電壓表讀數(shù)（V）已知B=通過(guò)數(shù)據(jù)處理qvB=Eq又因?yàn)镋=U/d即可求得d的長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量鐵塊邊長(zhǎng)。討論和思考：物理實(shí)驗(yàn)中的放大法把待測(cè)物理量按一定的規(guī)律加以放大，再進(jìn)行測(cè)量的方法稱為放大法。放大法是常用的基本測(cè)量方法之一，它分為累計(jì)放大法、機(jī)械放大法、電磁放大法和光學(xué)放大法。1、累計(jì)放大法在待測(cè)物理量能夠簡(jiǎn)單重疊的條件下，將它展延若干倍，再進(jìn)行測(cè)量的方法，稱為累計(jì)放大法。例如，欲測(cè)量均勻細(xì)絲的直徑，可在一根光滑的圓柱體上密繞100匝，測(cè)出其密布的長(zhǎng)度,再求出細(xì)絲的直徑;又如在用單擺法測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)中,用秒表測(cè)量擺動(dòng)的周期時(shí),是測(cè)出50次擺動(dòng)的總時(shí)間，再求出單擺的周期。累計(jì)放大法的優(yōu)點(diǎn)是在不改變待測(cè)量性質(zhì)的情況下，將待測(cè)量展延若干倍后進(jìn)行測(cè)量，從而增加測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，減小測(cè)量值的相對(duì)誤差，提高測(cè)量的精度。在使用累計(jì)法放大時(shí)，要注意兩點(diǎn):一是在展延過(guò)程中待測(cè)量不能發(fā)生變化;二是在展延過(guò)程中應(yīng)努力避免引入新的誤差（如細(xì)絲密繞時(shí)中間出現(xiàn)的間隙）。2、 機(jī)械放大法利用機(jī)械部件之間的幾何關(guān)系，使標(biāo)準(zhǔn)單位量在測(cè)量過(guò)程中得到放大的方法,稱為機(jī)械放大法。機(jī)械放大法可以提高測(cè)量?jī)x器的分辨率，增加測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)。例如螺旋測(cè)微器利用螺桿鼓輪（微分筒）機(jī)構(gòu),使儀器的最小刻度從1mm變?yōu)?.01mm，從而提高測(cè)量精度。又如在分光計(jì)讀數(shù)盤的設(shè)計(jì)中,為了提高儀器的測(cè)量精度，采用兩種方法:一是增大刻度盤的半徑，因?yàn)榭潭缺P的半徑越大，儀器的分辨率會(huì)越高;二是應(yīng)用游標(biāo)的讀數(shù)原理，增設(shè)游標(biāo)讀數(shù)裝置。再如百分表和千分表，是將被測(cè)尺寸引起的測(cè)桿微小直線移動(dòng)，經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)放大，變?yōu)橹羔樤诳潭缺P上的轉(zhuǎn)動(dòng),從而讀出被測(cè)尺寸的大小。3、 電磁放大法要對(duì)微弱的電信號(hào)（電流、電壓或功率）有效地進(jìn)行觀察和測(cè)量，常借助于電子學(xué)中的放大線路。例如在用光電效應(yīng)法測(cè)量普朗克常量的實(shí)驗(yàn)中，就是將微弱的光電流通過(guò)微電流測(cè)量放大器放大后,進(jìn)行測(cè)量的;在示波器的使用中，利用示波管將電信號(hào)放大，使電信號(hào)不僅能定性的觀察,而且能定量的測(cè)量,同時(shí)還具直觀顯示的優(yōu)點(diǎn)。4、 光學(xué)放大法光學(xué)放大法有兩種，一種是使待測(cè)物通過(guò)光學(xué)儀器形成放大的象，便于觀察判別。例如常用的測(cè)微目鏡、讀數(shù)顯微鏡等。另一種是通過(guò)測(cè)量放大后的物理量，間接測(cè)得本身較小的物理量。例如在用拉伸法測(cè)金屬的楊氏彈性模量中，利用光杠桿法測(cè)量金屬絲在受到應(yīng)力后,長(zhǎng)度發(fā)生的微小變化。光杠桿法是一種常用的光學(xué)放大法它不僅可以測(cè)長(zhǎng)度的微小變化，也可以測(cè)角度的微小變化。直流復(fù)射