大學(xué)物理實驗報告1

摘要：熱敏電阻是阻值對溫度變化非常敏感的一種半導(dǎo)體電阻，具有許多獨特的優(yōu)點和用途，在自動控制、無線電子技術(shù)、遙控技術(shù)及測溫技術(shù)等方面有著廣泛的應(yīng)用。本實驗通過用電橋法來研究熱敏電阻的電阻溫度特性，加深對熱敏電阻的電阻溫度特性的了解。

關(guān)鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻溫度特性

1、引言

熱敏電阻是根據(jù)半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率與溫度有很強的依賴關(guān)系而制成的一種器件，其電阻溫度系數(shù)一般為（-0.003~+0.6）℃-1。因此，熱敏電阻一般可以分為:

Ⅰ、負(fù)電阻溫度系數(shù)（簡稱NTC）的熱敏電阻元件

常由一些過渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的燒結(jié)條件下形成的半導(dǎo)體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導(dǎo)體等材料制成。國產(chǎn)的主要是指MF91~MF96型半導(dǎo)體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室溫范圍內(nèi)基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無關(guān)，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關(guān)系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應(yīng)用于測溫控溫技術(shù)，還可以制成流量計、功率計等。

Ⅱ、正電阻溫度系數(shù)（簡稱PTC）的熱敏電阻元件

常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫?zé)贫?。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對可以忽略。載流子數(shù)目隨溫度的升高呈指數(shù)增加，載流子數(shù)目越多，電阻率越小。應(yīng)用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作溫度補償外，還制成各類加熱器，如電吹風(fēng)等。

2、實驗裝置及原理

【實驗裝置】

FQJ—Ⅱ型教學(xué)用非平衡直流電橋，F(xiàn)QJ非平衡電橋加熱實驗裝置（加熱爐內(nèi)置MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ）以及控溫用的溫度傳感器），連接線若干。

【實驗原理】

根據(jù)半導(dǎo)體理論，一般半導(dǎo)體材料的電阻率和絕對溫度之間的關(guān)系為

（1—1）

式中a與b對于同一種半導(dǎo)體材料為常量，其數(shù)值與材料的物理性質(zhì)有關(guān)。因而熱敏電阻的電阻值可以根據(jù)電阻定律寫為

（1—2）

式中為兩電極間距離，為熱敏電阻的橫截面，。

對某一特定電阻而言，與b均為常數(shù)，用實驗方法可以測定。為了便于數(shù)據(jù)處理，將上式兩邊取對數(shù)，則有

（1—3）

上式表明與呈線性關(guān)系，在實驗中只要測得各個溫度以及對應(yīng)的電阻的值，

以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖，則得到的圖線應(yīng)為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數(shù)a、b的值。

熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)下式給出

（1—4）

從上述方法求得的b值和室溫代入式（1—4），就可以算出室溫時的電阻溫度系數(shù)。

熱敏電阻在不同溫度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，B、D之間為一負(fù)載電阻，只要測出，就可以得到值。

當(dāng)負(fù)載電阻→，即電橋輸出處于開

路狀態(tài)時，=0，僅有電壓輸出，用表示，當(dāng)時，電橋輸出=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。為了測量的準(zhǔn)確性，在測量之前，電橋必須預(yù)調(diào)平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關(guān)。

若R1、R2、R3固定，R4為待測電阻，R4=RX，則當(dāng)R4→R4+△R時，因電橋不平衡而產(chǎn)生的電壓輸出為：

（1—5）

在測量MF51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋，，且，則

（1—6）

式中R和均為預(yù)調(diào)平衡后的電阻值，測得電壓輸出后，通過式（1—6）運算可得△R，從而求的=R4+△R。

3、熱敏電阻的電阻溫度特性研究

根據(jù)表一中MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻~溫度特性研究橋式電路，并設(shè)計各臂電阻R和的值，以確保電壓輸出不會溢出（本實驗=1000.0Ω，=4323.0Ω）。

根據(jù)橋式，預(yù)調(diào)平衡，將“功能轉(zhuǎn)換”開關(guān)旋至“電壓“位置，按下G、B開關(guān)，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將測量數(shù)據(jù)列表（表二）。

表一MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻～溫度特性

溫度℃253035404550556065

電阻Ω2700222518701573134111601000868748

表二非平衡電橋電壓輸出形式（立式）測量MF51型熱敏電阻的數(shù)據(jù)

i12345678910

溫度t℃10.412.414.416.418.420.422.424.426.428.4

熱力學(xué)TK283.4285.4287.4289.4291.4293.4295.4297.4299.4301.4

0.0-12.5-27.0-42.5-58.4-74.8-91.6-107.8-126.4-144.4

0.0-259.2-529.9-789-1027.2-124.8-1451.9-1630.1-1815.4-1977.9

4323.04063.83793.13534.03295.83074.92871.12692.92507.62345.1

根據(jù)表二所得的數(shù)據(jù)作出～圖，如右圖所示。運用最小二乘法計算所得的線性方程為，即MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ添加評論評論讀取中...取消\o"99778"99778|2009-03-1017:14:11有0人認(rèn)為這個回答不錯|有0人認(rèn)為這個回答沒有幫助一.實驗?zāi)康?/p>

寫你通過實驗?zāi)軐W(xué)到什么,或了解什么.

二.實驗原理

寫做這個實驗要用到的原理圖和公式.

三.實驗步驟

寫做這個實驗的關(guān)鍵操作步驟,具體情況參見物理實驗的書籍.

四.分析實驗(在實驗完后做)

處理實驗中得到的數(shù)據(jù),把要填的表格填上,涉及公式運算的要有步驟.

五.實驗心得(可寫可不寫).

基本上是這五步.就按這個格式寫就行.添加評論評論讀取中...取消\o"lulu968313"lulu968313|2009-03-1017:15:46有0人認(rèn)為這個回答不錯|有0人認(rèn)為這個回答沒有幫助一.實驗?zāi)康?/p>

寫你通過實驗?zāi)軐W(xué)到什么,或了解什么.

二.實驗原理

寫做這個實驗要用到的原理圖和公式.

三.實驗步驟

寫做這個實驗的關(guān)鍵操作步驟,具體情況參見物理實驗的書籍.

四.分析實驗(在實驗完后做)

處理實驗中得到的數(shù)據(jù),把要填的表格填上,涉及公式運算的要有步驟.

五.實驗心得(可寫可不寫).

基本上是這五步.就按這個格式寫就行.添加評論評論讀取中...取消\o"wudidapila"wudidapila|2009-03-1017:17:12有0人認(rèn)為這個回答不錯|有0人認(rèn)為這個回答沒有幫助怎樣撰寫物理實驗報告

物理實驗除了使學(xué)生受到系統(tǒng)的科學(xué)實驗方法和實驗技能的訓(xùn)練外，通過書寫實驗報告，還要培養(yǎng)學(xué)生將來從事科學(xué)研究和工程技術(shù)開發(fā)的論文書寫基礎(chǔ)。因此，實驗報告是實驗課學(xué)習(xí)的重要組成部分，希望同學(xué)們能認(rèn)真對待。

正規(guī)的實驗報告，應(yīng)包含以下六個方面的內(nèi)容：(1)實驗?zāi)康模?2)實驗原理；(3)實驗儀器設(shè)備；(4)實驗內(nèi)容(簡單步驟)及原始數(shù)據(jù)；(5)數(shù)據(jù)處理及結(jié)論；(6)結(jié)果的分析討論。

現(xiàn)就物理實驗報告的具體寫作要點作一些介紹，供同學(xué)們參考。

一、實驗?zāi)康?/p>

不同的實驗有不同的訓(xùn)練目的，通常如講義所述。但在具體實驗過程中，有些內(nèi)容未曾進(jìn)行，或改變了實驗內(nèi)容。因此，不能完全照書本上抄，應(yīng)按課堂要求并結(jié)合自己的體會來寫。

如：實驗4-2金屬楊氏彈性模量的測量

實驗?zāi)康?/p>

1．掌握尺讀望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)方法，能分析視差產(chǎn)生的原因并消除視差；

2．掌握用光杠桿測量長度微小變化量的原理，正確選擇長度測量工具；

3．學(xué)會不同測量次數(shù)時的不確定度估算方法，分析各直接測量對實驗結(jié)果影響大??；

4．練習(xí)用逐差法和作圖法處理數(shù)據(jù)。

二、實驗原理

實驗原理是科學(xué)實驗的基本依據(jù)。實驗設(shè)計是否合理，實驗所依據(jù)的測量公式是否嚴(yán)密可靠，實驗采用什么規(guī)格的儀器，要求精度如何？應(yīng)在原理中交代清楚。

1．必須有簡明扼要的語言文字?jǐn)⑹?。通常教材可能過于詳細(xì)，目的在便于學(xué)生閱讀和理解。書寫報告時不能完全照書本上抄，應(yīng)該用自己的語言進(jìn)行歸納闡述。文字務(wù)必清晰、通順。

2．所用的公式及其來源，簡要的推導(dǎo)過程。

3．為闡述原理而必要的原理圖或?qū)嶒炑b置示意圖。如圖不止一張，應(yīng)依次編號，安插在相應(yīng)的文字附近。

如：實驗3-3滑線變阻器的分壓與限流特性

實驗原理

滑線變阻器在電路中的連接不同，可構(gòu)成分壓器和限流器。

1．分壓特性研究

實驗電路如圖1?；瑒宇^將滑線電阻分成和兩部分，為負(fù)載電阻。電路總電阻為

圖1分壓電路

圖2分壓特性曲線

故總電流為

為電源的端電壓，不是電源的電動勢。負(fù)載電阻上的壓降為

令、，是負(fù)載電阻相對于滑線電阻阻值大小的參數(shù)；是滑線電阻的滑動頭相對于低電位端的位置參數(shù)。則上式可改寫為

在給定負(fù)載和滑線電阻的情況下，為某一定值，則分壓比與滑線電阻滑動頭位置參數(shù)有關(guān)，它們的函數(shù)關(guān)系曲線如圖2。

本實驗是通過實際測量來檢驗的函數(shù)關(guān)系曲線是否與理論曲線相吻合，并探討分壓電路的有關(guān)規(guī)律。

2．限流特性研究

實驗電路如圖3。此時流過負(fù)載的電流為

令，則

圖4限流特性曲線

、定義同前。對于不同的參數(shù)，電路的限流比與滑線電阻滑動頭位置參數(shù)有關(guān)，它們的函數(shù)關(guān)系曲線如圖4。

圖3限流電路

本實驗是通過具體測量來了解它們的關(guān)系曲線及限流電路的基本特征。

三、實驗儀器設(shè)備

在科學(xué)實驗中，儀器設(shè)備是根據(jù)實驗原理的要求來配置的，書寫時應(yīng)記錄：儀器的名稱、型號、規(guī)格和數(shù)量(根據(jù)實驗時實際情況如實記錄，沒有用到的不寫，更不能照抄教材)；在科學(xué)實驗中往往還要記錄儀器的生產(chǎn)廠家、出廠日期和出廠編號，以便在核查實驗結(jié)果時提供可靠依據(jù)；電磁學(xué)實驗中普通連接導(dǎo)線不必記錄，或?qū)懮蠈?dǎo)線若干即可。但特殊的連接電纜必須注明。

如：實驗5-7用電位差計校準(zhǔn)毫安表

實驗儀器設(shè)備

HD1718-B型直流穩(wěn)壓電源(0-30V/2A)，UJ36a型直流電位差計(0.1級、量程230mV)，BX7D-1/2型滑線變阻器(550Ω、0.6A)，C65型毫安表(1.5級、量程2-10-50-100mA)，ZX93直流電阻器，ZX21旋轉(zhuǎn)式電阻箱，UT51數(shù)字萬用表，導(dǎo)線若干。

四、實驗內(nèi)容及原始數(shù)據(jù)

概括性地寫出實驗的主要內(nèi)容或步驟，特別是關(guān)鍵性的步驟和注意事項。根據(jù)測量所得如實記錄原始數(shù)據(jù)，多次測量或數(shù)據(jù)較多時一定要對數(shù)據(jù)進(jìn)行列表，特別注意有效數(shù)字的正確，指出各物理量的單位，必要時要注明實驗或測量條件。

如：實驗3-1固體密度測量

實驗內(nèi)容及原始數(shù)據(jù)

1．用游標(biāo)卡尺測量銅環(huán)內(nèi)、外徑，用螺旋測微計測量厚度。

螺旋測微計零位讀數(shù)0.003(mm)

n1234567

外徑D(mm)29.9629.9429.9829.9429.9629.9229.96

內(nèi)徑d(mm)10.0210.0410.0010.0210.0610.0410.08

厚

h測量讀數(shù)(mm)9.6479.6499.6489.6449.6469.6469.645

測量值(mm)9.6449.6469.6459.6419.6439.6439.642

2．用礦山天平測量銅環(huán)質(zhì)量

53.97g

指針折回點讀數(shù)S1S2S3S4S5

零點α17.96.517.57.017.2

停點β15.06.014.86.114.4

停點γ12.15.811.96.111.6

五、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論

1．對于需要進(jìn)行數(shù)值計算而得出實驗結(jié)果的，測量所得的原始數(shù)據(jù)必須如實代入計算公式，不能在公式后立即寫出結(jié)果；

2．對結(jié)果需進(jìn)行不確定度分析(個別不確定度估算較為困難的實驗除外)；

3．寫出實驗結(jié)果的表達(dá)式(測量值、不確定度、單位及置信度，置信度為0.95時可不必說明)，實驗結(jié)果的有效數(shù)字必須正確；

4．若所測量的物理量有標(biāo)準(zhǔn)值或標(biāo)稱值，則應(yīng)與實驗結(jié)果比較，求相對誤差。

5．需要作圖時，需附在報告中。

如：實驗3-1固體密度測量

數(shù)據(jù)處理及結(jié)論

，

經(jīng)查表，時銅的密度為，實驗結(jié)果的相對誤差為

六、結(jié)果的分析討論

一篇好的實驗報告，除了有準(zhǔn)確的測量記錄和正確的數(shù)據(jù)處理、結(jié)論外，還應(yīng)該對結(jié)果作出合理的分析討論，從中找到被研究事物的運動規(guī)律，并且判斷自己的實驗或研究工作是否可信或有所發(fā)現(xiàn)。

一份只有數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果計算的報告，其實只完成了測試操作人員的測試記錄工作。至于數(shù)據(jù)結(jié)果的好壞、實驗過程還存在哪些問題、還要在哪些方面進(jìn)一步研究和完善？等等，都需要我們?nèi)ニ伎?、分析和判斷，從而提高理論?lián)系實際、綜合能力和創(chuàng)新能力。

1．首先應(yīng)對實驗結(jié)果作出合理判斷。

如果儀器運行正常，步驟正確、操作無誤，那就應(yīng)該相信自己的測量結(jié)果是正確或基本正確的。

對某物理量經(jīng)過多次測量所得結(jié)果差異不大時，也可判斷自己的測量結(jié)果正確。

如果被測物理量有標(biāo)準(zhǔn)值(理論值、標(biāo)稱值、公認(rèn)值或前人已有的測量結(jié)果)，應(yīng)與之比較，求出差異。差異較大時應(yīng)分析誤差的原因：

(1)儀器是否正常？是否經(jīng)過校準(zhǔn)？

(2)實驗原理是否完善？近視程度如何？

(3)實驗環(huán)境是否合乎要求？

(4)實驗操作是否得當(dāng)？

(5)數(shù)據(jù)處理方法是否準(zhǔn)確無誤？

2．分析實驗中出現(xiàn)的奇異現(xiàn)象。

如果出現(xiàn)偏離較大甚至很大的數(shù)據(jù)點或數(shù)據(jù)群，則應(yīng)認(rèn)真分析偏離原因，考慮是否將其剔除還