2021年全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽實(shí)驗(yàn)考查

全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽實(shí)驗(yàn)考查實(shí)驗(yàn)三：測(cè)定金屬楊氏模量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)空莆沼美旆y(cè)定金屬絲楊氏模量；學(xué)會(huì)用光杠桿測(cè)量長(zhǎng)度微小變化；學(xué)會(huì)用逐差法解決數(shù)據(jù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器楊氏模量測(cè)量?jī)x、光杠桿、鏡尺組、鋼卷尺、螺旋測(cè)微計(jì)、鋼直尺、砝碼三、實(shí)驗(yàn)原理胡克定律指出，在彈性限度內(nèi)，彈性體應(yīng)力和應(yīng)變成正比。設(shè)有一根長(zhǎng)為L(zhǎng),橫截面積為S鋼絲，在外力F作用下伸長(zhǎng)了AL，則F=EAL；SL式中比例系數(shù)E稱(chēng)為楊氏模量，單位為N?mP。設(shè)實(shí)驗(yàn)中所用鋼絲直徑為〃，則s=1nd2，4將此公式代入上式整頓后來(lái)得e=4FLnd2ALI)如上圖所示：tan0=,an20=，由于Ot0，因此tan0?0,tan20?20bD2ALAn*TbAn即：—T=~D，因此：AL=2D補(bǔ)充：記錄誤差（精度）；系統(tǒng)誤差（準(zhǔn)度）：測(cè)量值與真實(shí)值距離實(shí)驗(yàn)六：測(cè)量空氣中聲速一、實(shí)驗(yàn)?zāi)浚?、理解超聲壓電換能器構(gòu)造和原理，進(jìn)一步掌握信號(hào)源和示波器使用2、加深對(duì)駐波及波振動(dòng)合成理論理解；3、學(xué)習(xí)用駐波法和相位比較法測(cè)試超聲波在空氣中傳播速度。二、實(shí)驗(yàn)儀器：THSS-1型聲速測(cè)試儀，低頻信號(hào)發(fā)生器（帶頻率顯示），示波器三、實(shí)驗(yàn)原理：V=f九駐波法（共振干涉法）測(cè)波速當(dāng)換能器3］與S2表面平行時(shí)，由換能器S］震動(dòng)產(chǎn)生超聲波在S、S兩表面之間形成駐波，如圖所示。兩相鄰波節(jié)12九（或波腹）之間距離是一。由波動(dòng)理論知，波腹處聲壓最2大，轉(zhuǎn)換后電壓信號(hào)也最強(qiáng)，在示波器上觀(guān)測(cè)到信號(hào)振幅達(dá)到極大。移動(dòng)S2可在示波器上看到信號(hào)振幅由大到小呈周期性變化。因而，只要測(cè)出兩相鄰極大值時(shí)S位置值，就可測(cè)出聲波波長(zhǎng)。即：AL=|L-L|，九=2AL2n+1n2

相位比較法測(cè)波速聲波從聲源通過(guò)傳播媒質(zhì)到達(dá)接受器，在發(fā)射波和接受波之間產(chǎn)生相位差，此相位差和角頻率3、傳播時(shí)間t、聲速U、距離L、波長(zhǎng)入之間有下列關(guān)系:九=ALn+1nAO=?t=2兀f—=蘭￡，AL=L一L

v九=ALn+1n四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)一、駐波法（也稱(chēng)共振干涉法）一方面將信號(hào)源輸出端與換能器發(fā)射頭S］連接，再將換能器接受頭S2與示波器CH1通道連接。然后移動(dòng)S2,使S1與S2間距不不大于3cm。分別打開(kāi)示波器和信號(hào)源電源開(kāi)關(guān)各儀器都正常工作后來(lái)，調(diào)節(jié)信號(hào)頻率，對(duì)示波器掃描時(shí)基TIME/DIV進(jìn)行調(diào)節(jié)，使在示波器上獲得穩(wěn)定正弦波。4?微微變化S2位置，使正弦波振幅達(dá)最大；調(diào)信號(hào)源“頻率調(diào)節(jié)”鈕，使正弦波振幅達(dá)到極大，此頻率即是壓電換能器諧振頻率。本系統(tǒng)參照諧振頻率在37kHZ左右。一旦頻率選定，實(shí)驗(yàn)測(cè)量中不再變化。5.緩慢移動(dòng)S2，使其與S1間距逐漸增大，熒光屏顯示正弦波振幅由大到小呈周期性變化。記錄每一次振幅達(dá)極大值時(shí)S2位置讀數(shù)，持續(xù)測(cè)10個(gè)。二、相位比較法（也稱(chēng)利薩如圖形法、行波法）保持駐波法測(cè)量狀態(tài)不變，另將信號(hào)源輸出端與示波器CH2通道連接，分別調(diào)節(jié)CH1、22CH2通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)，使熒光屏上顯示幅度相似兩列正弦波。把示波器掃描時(shí)基TIME/DIV選為X-Y模式，觀(guān)測(cè)李薩如圖形。3?微微變化S位置，使熒光屏上浮現(xiàn)斜率為正斜直線(xiàn)，記錄S位置讀數(shù)值。22緩慢移動(dòng)S2，使其與S］間距逐漸增大（或減?。瑹晒馄溜@示李薩如圖形由直線(xiàn)到橢圓呈周期性變化。記錄每一次圖形為正斜率斜直線(xiàn)時(shí)，S位置讀數(shù)，持續(xù)測(cè)10次。2實(shí)驗(yàn)七：弦振動(dòng)研究及波傳播速度測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?、觀(guān)測(cè)在弦線(xiàn)上形成駐波，并用實(shí)驗(yàn)擬定弦振動(dòng)時(shí)，駐波波長(zhǎng)與張力關(guān)系，駐波波長(zhǎng)與振動(dòng)頻率關(guān)系，以及駐波波長(zhǎng)與弦線(xiàn)密度關(guān)系。2、掌握駐波原理測(cè)量橫波波長(zhǎng)辦法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀(guān)測(cè)在弦上形成駐波，并用實(shí)驗(yàn)擬定弦線(xiàn)振動(dòng)時(shí)駐波波長(zhǎng)與張力關(guān)系；2、在弦線(xiàn)張力不變時(shí)，用實(shí)驗(yàn)擬定弦線(xiàn)振動(dòng)時(shí)駐波波長(zhǎng)與振動(dòng)頻率關(guān)系；3、學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)作圖或最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)解決。三、實(shí)驗(yàn)原理：若波源振動(dòng)頻率為f，橫波波長(zhǎng)為九若波源振動(dòng)頻率為f，橫波波長(zhǎng)為九，由于V=f，V=，故波長(zhǎng)與張力及線(xiàn)密度之間關(guān)系為：九二4T（卩為線(xiàn)密度）為了用實(shí)驗(yàn)證明上式成立，將該式兩邊取對(duì)數(shù)，得：log九=2logT-2log卩—logf四、波長(zhǎng)測(cè)量:弦線(xiàn)上波長(zhǎng)可運(yùn)用駐波原理四、波長(zhǎng)測(cè)量:弦線(xiàn)上波長(zhǎng)可運(yùn)用駐波原理測(cè)量:當(dāng)兩個(gè)振幅和頻率相似相干波在同始終線(xiàn)上相向傳播時(shí)，其所疊加而成波稱(chēng)為駐波，一維駐波是波干涉中一種特殊情形。在弦線(xiàn)上浮現(xiàn)許多靜止點(diǎn)，稱(chēng)為駐波波節(jié)。相鄰兩波節(jié)間距離為半個(gè)波長(zhǎng)。當(dāng)波源振動(dòng)時(shí)，即在弦線(xiàn)上形成向右傳播橫波；當(dāng)波傳播到可動(dòng)刀口支架與弦線(xiàn)相切點(diǎn)時(shí)，由于弦線(xiàn)在該點(diǎn)受到可動(dòng)刀口支架阻擋而不能振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)端簧片與可動(dòng)刀口支架弦線(xiàn)切點(diǎn)長(zhǎng)度L等于半波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，即可得到振幅較大而穩(wěn)定駐波，振動(dòng)簧片與弦線(xiàn)固定點(diǎn)為近似波節(jié)，弦線(xiàn)與動(dòng)滑輪相切點(diǎn)為波節(jié)。它們間距為L(zhǎng)，則九L—n—2其中n為任意正整數(shù)。運(yùn)用上式，即可測(cè)量弦上橫波波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)可將振動(dòng)片到可動(dòng)刀口支架相切點(diǎn)距離L。五、實(shí)驗(yàn)時(shí)須注意問(wèn)題：1、須在弦線(xiàn)上浮現(xiàn)振幅較大而穩(wěn)定駐波時(shí)，再測(cè)量駐波波長(zhǎng)。2、張力涉及砝碼與砝碼盤(pán)質(zhì)量。3、當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)波源發(fā)生機(jī)械共振時(shí)，應(yīng)減小振幅或變化波源頻率，便于調(diào)節(jié)出振幅大且穩(wěn)定駐波。六、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：駐波實(shí)驗(yàn)儀使用電磁驅(qū)動(dòng)金屬弦線(xiàn)在磁場(chǎng)中發(fā)生振動(dòng)，調(diào)節(jié)信號(hào)頻率和電流大小，可變化振1?驗(yàn)證橫波波長(zhǎng)與弦線(xiàn)中張力關(guān)系九"若固定頻率f及線(xiàn)密度卩，而變化張力T（在砝碼盤(pán)上添加不同質(zhì)量砝碼，以變化同一弦上張力。每變化一次張力，均要左右移動(dòng)劈尖滑塊位置，使弦線(xiàn)浮現(xiàn)振幅較大而穩(wěn)定駐波），再測(cè)量弦長(zhǎng)，算出波長(zhǎng)九。作log九-logT圖，求其斜率。若得始終線(xiàn)，計(jì)算其斜率值（如為2），則證明了關(guān)系成立。2?驗(yàn)證橫波波長(zhǎng)與波源振動(dòng)頻率關(guān)系九*f在砝碼盤(pán)上放上一定質(zhì)量砝碼，以固定弦線(xiàn)上所受張力T,變化波源振動(dòng)頻率f，用駐波法測(cè)量各相應(yīng)波長(zhǎng)九，作log九-logf圖，求其斜率。如得一斜率為-1直線(xiàn)就驗(yàn)證了九x—。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：弦長(zhǎng)/cm共振頻率/Hz波節(jié)位置/cm波長(zhǎng)九/cm波速V線(xiàn)密度“磁鐵位置/cm100250200505050100257533.316.67100實(shí)驗(yàn)八：混合量熱法測(cè)定冰熔解熱熔解熱概念：一定壓強(qiáng)下晶體開(kāi)始熔解時(shí)溫度，稱(chēng)為該晶體在此壓強(qiáng)下熔點(diǎn)。1克質(zhì)量某種晶體熔解成同溫度液體所吸取熱量，叫做該晶體熔解潛熱，亦稱(chēng)熔解熱。實(shí)驗(yàn)涉及熱平衡方程使用。一、實(shí)驗(yàn)原理Q吸=ML+Me嚴(yán)直（L是冰的溶解熱）Q放二[em+e（m+m）+6?V]-[T—T]（6二0.46）放0鋁12m12mAT二（T—0），e為水比熱容等于1.00eal/goC，量熱器內(nèi)筒和攪拌器材質(zhì)普通都是銅,220且c=c=0.092eal/g0C，6可取為0.46Vcal/°C（V是溫度計(jì)浸入水中某些體積）12m

二、實(shí)驗(yàn)儀器量熱器、保溫瓶、冰塊、熱水、物理天平、水銀溫度計(jì)、停表、量筒、燒杯、干毛巾三、測(cè)量要點(diǎn)1、從投冰前三、測(cè)量要點(diǎn)1、從投冰前5、6分鐘開(kāi)始測(cè)水溫，每60s測(cè)一次。2、在投冰迅速冷卻過(guò)程中，每30s測(cè)一次注意，且注意記錄:1)投物時(shí)刻與溫度；(2)達(dá)到室溫Tr時(shí)刻3、水溫達(dá)到最低點(diǎn)后繼續(xù)測(cè)5、6分鐘。四、數(shù)據(jù)解決要點(diǎn)1、作T-1曲線(xiàn)，力求S與S接近相等，并作MN、ABAB及CD線(xiàn)。2、擬定T1及T2。實(shí)驗(yàn)十一:數(shù)字萬(wàn)用電表使用注意事項(xiàng):電流檔、電阻檔不可測(cè)電壓數(shù)字電表中表盤(pán)上數(shù)字所有為量程，機(jī)械電表表盤(pán)上電阻數(shù)字為倍率

黑筆插入COM（Common）接口，即公共參照點(diǎn)（負(fù)極）紅筆：V/Q/A檔，作為正極不論是數(shù)字表還是機(jī)械表都是紅進(jìn)黑出（進(jìn)出表）實(shí)驗(yàn)十三：測(cè)定直流電源參數(shù)并研究其輸出特性G=0時(shí)處在電橋平衡狀態(tài)G=0時(shí)處在電橋平衡狀態(tài)實(shí)驗(yàn)十七：用惠斯登電橋測(cè)電阻一、實(shí)驗(yàn)?zāi)浚?．掌握用惠斯登電橋測(cè)電阻原理2．學(xué)會(huì)用惠斯登電橋測(cè)電阻3．理解電橋敏捷度概念以及提高電橋敏捷度幾種辦法二、實(shí)驗(yàn)儀器：電阻箱、敏捷電流計(jì)、滑線(xiàn)變阻器、待測(cè)電阻、直流電源、萬(wàn)用電表、開(kāi)關(guān)與導(dǎo)線(xiàn)等

三、實(shí)驗(yàn)原理：惠斯登電橋又稱(chēng)單臂電橋，它是四個(gè)電阻R「R2、R3和R4聯(lián)成一種封閉四邊形，在四邊形對(duì)角A和B上接入直流電源，對(duì)角C和D之間接入檢流計(jì)而構(gòu)成。如圖所示。圖中四邊形每一條邊稱(chēng)為電橋一種臂，而CD這條對(duì)角線(xiàn)就是所謂“橋”?！皹颉弊饔檬菍、D兩點(diǎn)電位直接進(jìn)行比較,當(dāng)C、D兩點(diǎn)電位相等時(shí)，檢流計(jì)G中沒(méi)有電流通過(guò)，即lG=0，電橋便達(dá)到了平衡。此時(shí)有，VAc=VCb，Vcb=Vdb。依照歐姆定律有:i1R1=i4R4，i2R2=i3R3°由于02，，因此有:RiR一R1二R2R4或Rx二RiR31R3R3普通稱(chēng)R2、R3為比例臂，或者R4、R3比例臂，R2為比較臂，而RX稱(chēng)為測(cè)量臂，因此電橋是由四個(gè)臂、檢流計(jì)、電源三某些構(gòu)成°如果采用互換法進(jìn)行測(cè)量，則可消除比例臂誤差，互換法就是在進(jìn)行下一次測(cè)量之后,在比例臂不變動(dòng)狀況下，將待測(cè)電阻與比較電阻互換位置再進(jìn)行一次測(cè)量，取兩次測(cè)量成果幾何平均值為待測(cè)電阻精確值。設(shè)第一次測(cè)量比較豐富臂讀數(shù)為R4,第二次測(cè)量比較豐富臂讀數(shù)為R4',貝9：Rx當(dāng)R4=R3=Rx=R2時(shí)，敏捷度最佳四、注意事項(xiàng)：在檢流表支路處安裝一種開(kāi)關(guān)，操作時(shí)點(diǎn)觸接通，防止損壞檢流表實(shí)驗(yàn)十九：用示波器觀(guān)測(cè)電容充放電特性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

1．觀(guān)測(cè)電容器充與放電現(xiàn)象2．通過(guò)放電電壓曲線(xiàn)，研究放電時(shí)間常數(shù)與哪些因素關(guān)于,測(cè)定電容器電容量;3．進(jìn)一步熟悉示波器使用.二、實(shí)驗(yàn)儀器及電路圖雙蹤示波器一臺(tái)，函數(shù)發(fā)生器一臺(tái),原則電阻箱一種,電容器一種電容器能儲(chǔ)存電量，如圖8-1所示，將電鍵S與a接通，電容器充電；將電鍵S與b相連接，電容器放電。可以用示波器CH1通道并聯(lián)在電容器兩端觀(guān)測(cè)電容器充放電時(shí)電壓與時(shí)間變化曲線(xiàn)，實(shí)際測(cè)量中使用信號(hào)發(fā)生器輸出原則方波來(lái)代替電鍵。依照串聯(lián)電阻電容充電公式：Vc=E(\-e~tSRC}電容放電公式：當(dāng)電容充電（或放電）時(shí)間t=T電容放電公式：當(dāng)電容充電（或放電）時(shí)間t=T（t=RC）時(shí)電容器兩端電壓等于電源E63.2%（從下向上數(shù)5關(guān)于。當(dāng)電容器兩端電壓：C=t/RC=T/(R0.693)關(guān)于。當(dāng)電容器兩端電壓：C=t/RC=T/(R0.693)格）（或36.8%（從下向上數(shù)3格）），可見(jiàn)電容器兩端電壓跟串聯(lián)電阻R大小和電容C大小t=RC如果已知原則電阻R,只要測(cè)得半衰期時(shí)間T2就可以求得待測(cè)電容C值.附：慣用電容器規(guī)格：0.10.220.330.470.68電容器容抗計(jì)算公式：Xc==丄2兀fCwCXc電容容抗值；歐姆2，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出方波，參照幅度：2Vpp---4Vpp。參照頻率：200HZ參照電阻：10000Q參照電容：0.0600UF用示波器CH1通道觀(guān)測(cè)電容器充放電特性;也可以用CH2通道觀(guān)測(cè)信號(hào)發(fā)生器輸出波形,用以作為對(duì)比；變化R,C,和信號(hào)發(fā)生器方波周期，觀(guān)測(cè)充放電特性曲線(xiàn)；調(diào)節(jié)最佳半衰期圖形，用示波器標(biāo)尺讀出T1/2值，設(shè)計(jì)表格記下各項(xiàng)參數(shù)；用坐標(biāo)紙畫(huà)出一種完整充放電波形圖.實(shí)驗(yàn)二十：黑盒子注意事項(xiàng)：①元器件在黑盒子中連接不會(huì)形成回路②重要元器件：電源、電阻、電容、二極管、（電感）實(shí)驗(yàn)二十一：測(cè)量溫度傳感器溫度特性

實(shí)驗(yàn)二十二：測(cè)量熱敏電阻溫度特性一、知識(shí)積累：傳感器分類(lèi)（電學(xué)）：（1）依照輸入物理量可分為：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器及氣敏傳咸典竺感器等。（2）依照工作原理可分為：電阻式、電感式、電容式及電勢(shì)式等。（3）依照輸出信號(hào)性質(zhì)可分為：模仿式傳感器和數(shù)字式傳感器（4）依照能量轉(zhuǎn)換原理可分為：有源傳感器和無(wú)源傳感器電式溫度傳感器執(zhí)八、、電式傳感器熱電阻傳感器依照熱電阻效應(yīng)（電阻阻值隨著溫度變化而變化）制成傳感器金屬熱電阻（熱電阻）金屬電阻值隨著溫度升高而升高半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）半導(dǎo)體電阻值隨著溫度升高而減少熱電勢(shì)傳感器依照電勢(shì)隨著溫度變化而變化制成傳感器熱電偶晶體管PN結(jié)傳感器--溫度測(cè)溫范疇、方式及測(cè)量精確限度與所選用感溫器件關(guān)于。（1）熱電阻——感溫電阻金屬材料電阻率都隨溫度變化特性方程：Rt=R0[1＋At+Bt2]R0、Rt分別為金屬導(dǎo)體電阻在toC、0OC時(shí)電阻值;

a為熱電阻電阻溫度系數(shù)，A、B為常數(shù)。材料溫度系數(shù)a(1/C)比電阻P(Cmm2/m)溫度范圍(C)特性鉑3.92X10-30.0981-200~+650近線(xiàn)性銅4.25X10-30.0170-50~+150線(xiàn)性鐵6.50X10-30.0910-50~+150非線(xiàn)性鎳6.60X10-30.1210-50~+100非線(xiàn)性對(duì)于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，A、B并不是一種常數(shù)，而是溫度函數(shù)。但在一定溫度范疇內(nèi)，溫度二次項(xiàng)影響很小可以忽視，A可近似地看作為一種常數(shù)。熱電阻是中低溫區(qū)最慣用一種溫度檢測(cè)器。它重要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻測(cè)量精準(zhǔn)度是最高，它不但廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，并且被制成原則基準(zhǔn)儀。慣用感溫電阻有:鉑(Pt)、銅(Cu)、鐵(Fe)和鎳(Ni)。慣用于測(cè)量-200?600弋范疇內(nèi)溫度。慣用熱電阻:鉑熱電阻AsR、C為常數(shù)：AsR、C為常數(shù)：A=3.940XB=-5+802X107/T：1C=-4.274X計(jì)心在0?630.74°C范疇內(nèi)為：R二R(1+At+Bt2)t0在-190?0°C以?xún)?nèi)為：R=R[1+At+Bt2+C(t-100)t3]t0由于B、C比A小得多，因此簡(jiǎn)化為Rt-Ro(1+At)A稱(chēng)為電阻溫度系數(shù)長(zhǎng)處：精度高、線(xiàn)性和穩(wěn)定性好，合用于-200~650°C缺陷：溫度系數(shù)小、敏捷度低且價(jià)格較貴銅熱電阻銅絲電阻值與溫度之間關(guān)系：R二R(1+A(t-1))t00

其中，Rt、RO分別為溫度t°C和t0°C時(shí)電阻；A溫度為t0C時(shí)溫度系數(shù)。長(zhǎng)處：測(cè)溫敏捷度比鉑電阻高，好容易制作，復(fù)制性能好。用于-50?150弋缺陷：電阻率低體積大，熱慣性大，易氧化。熱慣性是指，當(dāng)電流迅速增長(zhǎng)或減小時(shí)，游離作用或消游離作用來(lái)不及變化，使得弧柱溫度變化相對(duì)滯后。即熱接點(diǎn)溫度變化，在時(shí)間上總是滯后于被測(cè)介質(zhì)溫度變化，熱電偶這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱慣性。（3）恒電流法測(cè)量鉑電阻電阻溫度特性：RT=R0[1＋AT]勺：已知阻值固定電阻RT:鉑電阻U：R1上電壓UT：rt上電壓R=U=UtRiTIUo1（4）半導(dǎo)體PN結(jié)P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）在純凈硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼），使之取代晶格中硅原子位子，就形成P型半導(dǎo)體。重要靠空穴（正電荷）導(dǎo)電,摻入雜質(zhì)越多，多子（空穴）濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）在純凈硅晶體中摻入V族元素（如磷、砷、銻等），使之取代晶格中硅原子位置，就形成了N型半導(dǎo)體。重要靠自由電子導(dǎo)電,摻入雜質(zhì)越多，多子（自由電子）濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。PN結(jié)(PNjunction)..1p型硅m型哇I—采用不同摻雜工藝，通過(guò)擴(kuò)散作用，將P型半導(dǎo)體與N型半II導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體(普通是硅或鍺)基片上，在它們交界面就形成空間電荷區(qū)稱(chēng)PN結(jié)。PN結(jié)具備單向?qū)щ娦訮N結(jié)型溫度傳感器基本原理：只要通過(guò)PN結(jié)上正向電流恒定，則PN結(jié)正向壓降U與溫度關(guān)系只受反向飽和電流IS影響Iexp化FSKT空冗外巾場(chǎng)電壓同外申場(chǎng)iUnlftS電庫(kù)低自山電r唧'內(nèi)山耨自山電了-空冗外巾場(chǎng)電壓同外申場(chǎng)iUnlftS電庫(kù)低自山電r唧'內(nèi)山耨自山電了-電斥低內(nèi)電場(chǎng)2吳后若施加在P區(qū)電壓高于N區(qū)電壓，此時(shí)PN結(jié)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，但由于內(nèi)電場(chǎng)較為薄弱，PN結(jié)內(nèi)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將強(qiáng)于少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生從P型半導(dǎo)體指向N型半導(dǎo)體“擴(kuò)散電流”這種狀態(tài)稱(chēng)為“正向偏置”，電流由P區(qū)流向N區(qū)，稱(chēng)為“正向電流”。若施加在N區(qū)電壓高于P區(qū)電壓，將形成極其薄弱漂移電流，并且這個(gè)電流不隨反向電壓增大而變化。這種狀態(tài)稱(chēng)為PN結(jié)“反向偏置”，且產(chǎn)生極其薄弱、不隨外加電壓變化電流稱(chēng)為“反向飽和電流”。由于反向飽和電流很小，PN結(jié)處在截止?fàn)顟B(tài)，因此外加反向電壓時(shí)，PN結(jié)相稱(chēng)于斷路。電流由N區(qū)流向P區(qū)，稱(chēng)為反向電流。當(dāng)加在PN結(jié)上反向電壓超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，PN結(jié)電阻突然減小，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為擊穿。

擊穿分為雪崩擊穿和齊納擊穿。發(fā)生雪崩擊穿后，PN結(jié)不再具備單向?qū)щ娦裕瑢?dǎo)致二極管發(fā)生不可恢復(fù)損壞。對(duì)給定PN結(jié)材料，如果正向電流恒定不變，在容許溫度變化區(qū)間內(nèi)，PN結(jié)正向電壓與溫度成線(xiàn)性關(guān)系，即正向電壓隨著溫度升高而線(xiàn)性下降，即:kCkCU二U-(-In—)T一U-U=AU=-(—In—)T一AU二—STfg(o)qIfg(o)qIFFq：電子電荷；K：波爾茲曼常數(shù)；門(mén)絕對(duì)溫度。計(jì)算中要進(jìn)行溫標(biāo)轉(zhuǎn)換T=273+t公正向電流；C：與結(jié)面積、摻質(zhì)濃度等關(guān)于常數(shù)S：PN結(jié)溫度傳感器敏捷度OUT顯示輸出燈。AT自整定模式批示燈。ALMOUT顯示輸出燈。AT自整定模式批示燈。ALM超溫報(bào)警輸出燈2)PN結(jié)V(0)或V(Tr)測(cè)量和調(diào)零*障■腹時(shí)性立就卅員葉慎縣亦■D司將“測(cè)量選取"開(kāi)關(guān)撥到lF，“If調(diào)節(jié)”使IF=50叭將"測(cè)量開(kāi)關(guān)”撥到嶺，記下V/Q值，再將“'測(cè)量開(kāi)關(guān)”撥到△/,由“'△/調(diào)節(jié)”使4/=。實(shí)驗(yàn)二十三：用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?.理解霍爾效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng)原理和辦法2.用霍爾效應(yīng)測(cè)量通電螺線(xiàn)管軸線(xiàn)上磁場(chǎng)二、實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)表白，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí),霍爾電勢(shì)與電流強(qiáng)度I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與板厚度b成反比K=1/nedH匕一稱(chēng)為霍爾元件敏捷度。單位為mv/(mA?T)。IH一霍爾電流UU二KIB一B二h-HHHKIH在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)得P、Q兩極之間電壓并不等于真實(shí)UH值，而是包括諸多副效應(yīng)(熱電效應(yīng)、熱磁效應(yīng)、溫差電現(xiàn)象等因素)引起附加電壓，因而必要設(shè)法消除。辦法：電流和磁場(chǎng)換向?qū)ΨQ(chēng)測(cè)量法消除辦法：對(duì)稱(chēng)測(cè)量法mih方向四種組合正正，正反，反反，反正(電流和磁場(chǎng)換向,進(jìn)行四次測(cè)量)，可測(cè)出四次電壓u,u,u,u,則霍爾電壓：(+B,+1),(+B,-1),(—B,+1),(—B,-1)U=1(U—U+U—U)H41234U1、U2、U3、U4自身還具有“+”“一”號(hào)，測(cè)量記錄時(shí)不要忘掉寫(xiě)符號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器TH-S型螺線(xiàn)管磁場(chǎng)測(cè)定實(shí)驗(yàn)組合儀1.霍爾效應(yīng)儀螺線(xiàn)管、霍爾元件、三只換向開(kāi)關(guān)2.測(cè)試儀直流穩(wěn)流源為電磁鐵提供0~1000mA穩(wěn)定電流(lM)為霍爾元件提供0~10.0mA穩(wěn)定電流(ls)(IH)200mV高精度數(shù)字電壓表測(cè)量霍爾電壓事實(shí)上尺刻度是-1~15cm,實(shí)驗(yàn)當(dāng)中容許測(cè)量范疇是0~14cm.霍爾探頭位于螺線(xiàn)管右端,中心及左端，測(cè)距尺批示為：X=X1+X2位置右端中心左端測(cè)距尺讀數(shù)(cm)X201414X10014從儀器上讀出霍爾敏捷度Kh計(jì)算出磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小。H(若霍爾電壓輸出顯示超量程時(shí)，可將工作電流I或勵(lì)磁電流Im調(diào)小)，數(shù)據(jù)填入下表。勵(lì)逼電流/b=]OM[11A，翟爾元忤的工作電流AlO.OjnAr唇爾靈飆度A^IO.OmV'Cjtl\*T)測(cè)量條伴E一門(mén)厲(-S,-7)測(cè)量值(mV)弘=1耳￡0-厲一處〉(mV)3二W.KZ)(T)磁場(chǎng)強(qiáng)度換算：1GS=10-4T1KGS=10-iT=—10“2.50mV2.50x10-3V0.25VhmA-KGS10-3A-10-iTA-T實(shí)驗(yàn)二十七：研究亥姆霍茲線(xiàn)圈軸線(xiàn)磁場(chǎng)分布實(shí)驗(yàn)二十四：測(cè)量光敏電阻光電特性實(shí)驗(yàn)二十五：研究光伏探測(cè)器光電特性實(shí)驗(yàn)二十六：發(fā)光二極管光電特性光敏特性實(shí)驗(yàn)：光敏傳感器：光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)原理：光電效應(yīng)（涉及外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)）外光電效應(yīng)：金屬材料；內(nèi)光電效應(yīng)：半導(dǎo)體材料，光強(qiáng)越大，電阻越小類(lèi)型：①光敏電阻；《7②硅光電池：具備光生伏特效應(yīng)PN結(jié)（較大）5S光敏二極管（光電二極管）：具備光生伏特效應(yīng)PN結(jié)（較?。┌l(fā)光二極管。光電特性：伏安特性光照特性：1）敏捷度隨入射光強(qiáng)變化2）輸出電壓與電流隨光強(qiáng)變化2）不受光照時(shí)截止，受光照時(shí)導(dǎo)通

3）按光電伏型工作：0偏壓4）按光電導(dǎo)型工作：反偏壓，與光敏電阻類(lèi)似③光伏探測(cè)器（光生伏）光電特性：（U③光伏探測(cè)器（光生伏）光電特性：（U為開(kāi)路電壓，I為短路電流）④發(fā)光二極管發(fā)光波長(zhǎng)測(cè)試：hc九hc九=,AE=eUAED（UD正向閾值電壓）實(shí)驗(yàn)二十八：調(diào)節(jié)分光計(jì)并測(cè)量玻璃棱鏡折射率.A+5Sinmin玻璃三棱鏡折射率：n二A2一2其中A為三棱鏡頂角（非光學(xué)平面所對(duì)角）5為最小偏向角，即入射光與出射光關(guān)于三棱鏡對(duì)稱(chēng)min實(shí)驗(yàn)二十九：薄透鏡焦距測(cè)定一.物距-像距法測(cè)定會(huì)聚透鏡焦距式中s、s'、f'分別為物距、像距、像方焦距。公式中各物理量符號(hào)規(guī)定：以薄透鏡中心為原點(diǎn)量起，若其方向與光傳播方向一致者為正反之為負(fù)。運(yùn)算時(shí)，已知量須添加符號(hào)，未知量則依照求得成果中符號(hào)判斷其物理意義。由透鏡L后方平面鏡反射M后仍為平行光，再經(jīng)透鏡L折射，必會(huì)聚在原物平面上，得到與原物等大倒立實(shí)像A'B'。此時(shí)物與透鏡距離即為透鏡焦距f。物距-像距法測(cè)定凹透鏡焦距虛物P'取一縮小像，并在放入凹透鏡前先記下虛物P'位置。然后插入凹透鏡，（注意：此時(shí)物AB和L1位置不能再動(dòng)）調(diào)節(jié)L2及像屏，找出一清晰像P”.此時(shí)，L2到虛物P'距離即物距s,L2到像P”距離為像距S'。實(shí)驗(yàn)三十二：光夫瑯禾費(fèi)衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象分類(lèi)：光源一障礙物光源一障礙物一接受屏距離為有限遠(yuǎn)。觀(guān)測(cè)比較以便,但定量計(jì)算卻很復(fù)雜光源I2?夫瑯和費(fèi)衍射陋礙物接收爵光源—障礙物—接受屏距離為無(wú)限遠(yuǎn)。即入射光和衍射光都是平行光。計(jì)算比較簡(jiǎn)樸。單縫衍射原理：如圖所示，將波長(zhǎng)為入單色光源S置于透鏡L1平面上，由光源發(fā)出經(jīng)L1出射平行光垂直照射在寬度為b狹縫上，診當(dāng)b很小時(shí)，依照惠更斯一菲涅爾原理，狹縫上每一點(diǎn)都可當(dāng)作是發(fā)射子波新波源。由于子波疊加成果,可以在透鏡焦面處接受屏上看到一組平行于狹縫明暗相間衍射條紋，中央是亮而寬明條紋，在它兩側(cè)是較弱明暗相間條紋，中央明條紋寬度是兩側(cè)明條紋寬度兩倍。從單縫衍射理論可以得出在pk點(diǎn)浮現(xiàn)亮條紋條件是bsin?=(2k+1)一(k=±1,±2,)2Pk點(diǎn)浮現(xiàn)暗條紋條件是bsin?二k一(k=±1,±2,)???式中b是單縫寬度，入是入射光波長(zhǎng)，e是衍射角。???設(shè)透鏡L2與觀(guān)測(cè)屏距離為f,第k級(jí)暗條紋與衍射圖樣中心距離為xk則

也可推出另一關(guān)系式九f=b2(式中e為中央明條紋寬度)實(shí)驗(yàn)裝置鈉燈狹縫透鏡狹縫透鏡L?鈉燈狹縫透鏡狹縫透鏡L?實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)(1)參照實(shí)驗(yàn)裝置圖，在光學(xué)平臺(tái)上沿米尺調(diào)節(jié)各光學(xué)元件同軸等高。使狹縫接近鈉燈，且位于透鏡L］焦平面上。通過(guò)透鏡L1形成平行光束，垂直照射狹縫s2。用透鏡l2將衍射光束匯聚到測(cè)微目鏡分劃板。調(diào)節(jié)狹縫鉛直，并使測(cè)微目鏡分劃板毫米刻線(xiàn)與衍射條紋平行。調(diào)節(jié)S1縫寬不大于0.1mm，以使衍射條紋清晰且視場(chǎng)亮度適當(dāng)。(4)調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡調(diào)焦輪，使分劃板上十字叉絲和刻度清晰。用測(cè)微目鏡測(cè)量第k級(jí)暗紋到零級(jí)亮紋中心距離Xk或中央明條紋寬度e,連同已知入和f值代人公式便可求出縫寬bo2.光柵衍射基本概念光柵一大量等寬等間距平行狹縫(或反射面)構(gòu)成光學(xué)元件。種類(lèi)：

透射光柵=n*透射光柵=n*>光柵常數(shù)d=a+ba是透光（或反光）某些寬度b是不透光（或不反光）某些寬度光柵衍射原理*LiG*LiGL；光柵方程dsin0=k九（k=0,±1,±2,...）事實(shí)上因0角很小，可近似以為sin0?tan0貝y：d-k=k九（k=0,±1,±2,...光柵衍射實(shí)驗(yàn)裝置

鈉燈簇縫■九/2鈉燈簇縫■九/2=225fflm透鏡Ll光柵透鏡L?光路調(diào)節(jié)與測(cè)量按圖2沿平臺(tái)米尺安排各器件，調(diào)節(jié)共軸。狹縫須調(diào)鉛直，并使光柵刻線(xiàn)和測(cè)微目鏡分劃板上刻線(xiàn)與狹縫平行。將狹縫調(diào)窄，先后移動(dòng)測(cè)微目鏡，獲得清晰衍射條紋。調(diào)節(jié)目鏡，消除條紋與分劃板間視差。5?用測(cè)微目鏡測(cè)出第k級(jí)亮紋到零級(jí)亮紋中心距離。實(shí)驗(yàn)三十一：光干涉現(xiàn)象楊氏雙縫干涉：S線(xiàn)光源，G是一種遮光屏，其上有兩條與S平行狹縫S1、S2，且與S等距離，因而S1、S2是相干光源，且相位相似；S1、S2之間距離是d，到屏距離是DoZ光強(qiáng)方布Z光強(qiáng)方布波長(zhǎng)九=DAx實(shí)驗(yàn)裝置示意圖測(cè)微月鏡測(cè)微月鏡實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié):1。點(diǎn)亮鈉光燈，把鈉光燈、L1、單縫依次放好，使鈉光通過(guò)L］會(huì)聚到狹縫上。2。放好L2和目鏡，調(diào)共軸。并調(diào)節(jié)L2,使從目鏡中觀(guān)測(cè)到單縫清晰像。3。在L2背面放置雙縫，從目鏡觀(guān)測(cè)干涉現(xiàn)象，核心是調(diào)小單縫寬度及單縫與雙縫嚴(yán)格平行。4。測(cè)出N條暗紋間距離，測(cè)出雙縫隙到目鏡中心距離。Axd5。代入公式九=—^求波長(zhǎng)（d=1mm）干涉條紋是一組平行等間距明、暗相間直條紋。中央為零級(jí)明紋，上下對(duì)稱(chēng)，明暗相間均勻排列。干涉條紋不但出當(dāng)前屏上，凡是兩光束重疊區(qū)域都存在干涉，故楊氏雙縫干涉屬于非定域干涉。當(dāng)D、入一定期，e與d成反比，d越小，條紋辨別越清。用白光作實(shí)驗(yàn)，則除了中央亮紋仍是白色外,別的各級(jí)條紋形成從中央向外由如紫到紅排列彩色條紋—光譜。（在屏幕上x(chóng)=0處各種波長(zhǎng)光程差均為零，各種波長(zhǎng)零級(jí)條紋發(fā)生重疊，形成白色明紋。）

來(lái)裔雖』2的丸為非和干丸（不滿(mǎn)足光干涉養(yǎng)件）來(lái)街旺?遢的龍筋檢千丸（滿(mǎn)足光干涉條件）獲得槓千光的兩類(lèi)典凹為法雙棱鏡可看作是有兩個(gè)折射棱角a很?。ú淮笥?°）直角棱鏡底邊相接而成。借助于雙棱鏡可使從光