示波器 霍爾傳感器 實驗范文

一電磁學(xué)實驗一一示波器的使用示波器（陰極射線示波器）是一種用途廣泛的基本電子測量儀器，可以觀察電信號的波形、幅度和頻率等電參數(shù)。用雙蹤示波器還可以測量兩個信號之間的時間差，一些性能較好的示波器甚至可以將輸入的電信號存儲起來以備分析和比較。在實踐應(yīng)用中凡是能轉(zhuǎn)化為電壓信號的電學(xué)量和非電學(xué)量及它們隨時間作周期性變化的過程都可以用示波器來觀測。示波器的結(jié)構(gòu)與原理示波器的主要部分有示波管、掃描發(fā)生器和整步電路、垂直Y和水平X放大器、電源四部分組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖1顯王電路y軸輸歡k軸揄入y軸輸歡k軸揄入圖1示波器的組成示波管是電子示波器的核心，是一個高真空度的靜電控制束的電子束玻璃管。如圖2所示，左端為一電子槍，電子槍加熱后發(fā)出一束電子，電子經(jīng)電場加速以高速打在右端的熒光屏上，屏上的熒光物發(fā)光形成一亮點。亮點在偏轉(zhuǎn)板電壓的作用下，位置也隨之改變。在一定范圍內(nèi)，亮點的位移與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓成正比。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)測電信號的頻率和電壓

用低頻信號發(fā)生器作為信號源，分別輸入不同頻率和電壓的正弦波，用示波器分別測量其電壓和頻率。以信號源本身的示值為準(zhǔn)，比較用示波器測得的結(jié)果。表1正弦波數(shù)據(jù)信號源電壓的測量頻率的測量電壓（V）頻率（Hz）格數(shù)（div）分度值（v/div）峰峰值（V）有效值（V）格數(shù)（div）分度值（ms/div）周期（ms）頻率（Hz）16.0320.03.4517.06.016.20.53.1322.5826.0102.13.4517.06.019.819.8102.0435.2600.43.0515.05.33.30.51.65606.06觀察利莎如圖形如果示波器的X、Y軸同時輸入的都是正弦交流信號電壓，熒光屏上亮點的軌跡將是兩個相互垂直的簡諧振動合成的結(jié)果。特別當(dāng)兩個正弦交流信號電壓的頻率相等或成簡單整數(shù)比時，亮點的軌跡為一穩(wěn)定的曲線，這種合振動的圖形稱為利莎如圖形。當(dāng)Y軸方向的正弦電壓UY的頻率為fY，X軸方向的正弦電壓UX的頻率為fX時，則利莎如圖形與頻率比關(guān)系為：式中：nx是設(shè)想的水平線與利莎如圖形相切的切點個數(shù)，七是設(shè)想的豎直線與利莎如圖形相切的切點個數(shù)。表式中：nx是設(shè)想的水平線與利莎如圖形相切的切點個數(shù)，七是設(shè)想的豎直線與利莎如圖形相切的切點個數(shù)。表2利莎如圖形與頻率比的關(guān)系2b圖3相位差2b圖3相位差d=arcsin%。=兀一arcsin%b或b根據(jù)利莎如圖形還可以計算兩正弦波信號的相位差，見左圖3令y=asin&tx=bsin(①t+?)貝gy與的相位差為'。假設(shè)波形在X軸線上的截距為2x0，則對X軸上的P點y=asin°t=0因而°t=0，所以x0=bsin(°t+們=bsin0。則(2)智能數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨特優(yōu)點，其使用日益普及。二力、熱學(xué)實驗一一光杠桿和梁彎曲法測金屬楊氏模量楊氏模量(Young'smodulus)是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量，也是材料力學(xué)中的名詞。1807年因英國醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯?楊(ThomasYoung,1773-1829)所得到的結(jié)果而命名。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。梁彎曲法測金屬楊氏模量霍爾位置傳感器霍爾元件置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，在垂直于磁場方向通以電流I，則與這二者相垂直的方向上將產(chǎn)生霍爾電勢差UH:Uh=K?八B(3)式中K為元件的霍爾靈敏度。如果保持霍爾元件的電流I不變，而使其在一個均勻梯度的磁場中移動時，則輸出的霍爾電勢差變化量為：(4)AUh=K?I?dB?AZ式中AZ為位移量，此式說明若*為常數(shù)時，AUh與AZ成正比。(4)楊氏模量楊氏模量測定儀主體裝置如下圖所示,在橫梁彎曲的情況下，楊氏模量Y可以用下式表示：Y=d3?Mg4a3?b?AZ(5)(5)式中：d為兩刀口之間的距離，M為所加砝碼的質(zhì)量，a為梁的厚度，b為梁的寬度，AZ為梁中心由于外力作用而下降的距離，g為重力加速度。

I：.I：.圖4霍爾位置傳感器其中：1.銅刀口上的基線2.讀數(shù)顯微鏡3.刀口4.橫梁5.銅杠桿（頂端裝有95入型集成霍爾傳感器）6.磁鐵盒7.磁鐵（N極相對放置）8.調(diào)節(jié)架9.砝碼實驗數(shù)據(jù)表3黃銅樣品的數(shù)據(jù)M/g0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.002.908Z/mm2.0752.1752.3282.4782.5832.778圖5M-U-Z曲線表4黃銅的規(guī)格數(shù)據(jù)M/g0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.002.908Z/mm2.0752.1752.3282.4782.5832.778圖5M-U-Z曲線d刀口距離/cm22.9822.8923.0222.96a梁寬/mm0.9820.9810.9780.979b梁寬/cm2.2802.2642.2902.272用直尺測量橫梁的長度d,游標(biāo)卡尺測其寬度b,千分尺測其厚度a,測量數(shù)據(jù)分別為d=22.96cm，b=2.277cm，a=0.980mm，g取9.8m/s2。用逐差法法對數(shù)據(jù)處理，算出樣品在M=30.0g的作用下產(chǎn)生的位移量AZ。表5位移測量與楊氏模量計算AZ/mm0.4030.4080.4500.430Y（N/m2）1.029*10111.016*10110.921*10110.964*1011楊氏模量Y=9.825*101。N/m2，對照該黃銅材料特性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)Y=10.55*1010N/m2百分誤差為6.87%，測量結(jié)果并不是十分理想。用matlab進行一次線性擬合，求解霍爾位置傳感器的靈敏度為：K=—=6.22*102mv/mmAZ光杠桿法測楊氏模量光杠桿原理就是利用光杠桿放大法進行測量，測量微伸長量。以銅杠桿的三眼插座為支點，把激光筆綁在銅杠桿的一端，如圖6所示。被測點力支點的距離為x1，投影屏到支點距離為x2。由于光杠桿后足將隨北側(cè)點的下移而變動它的位置，從而激光筆在投影屏上的店也會隨著變化，經(jīng)過光杠桿放大后，當(dāng)x2>x1時，在投影屏上移動的距離Y將會大于被測點下移的距離Z。圖6光杠桿原理被測點上下移動以微小距離AZ，則評上光點移動的距離AY將遠遠大于被測點的移動，這樣微小變量AZ就被放大成AY，就便于觀測長度的微小變化。忽略一些因素的影響，可以把兩個大小三角形看出近似三角形，則（6）AZ_x1AY—x2表6光杠桿法（6）M/g0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0Y/cm0.00.450.901.401.992.593.023.493.884.28用直尺測得x1=5.51cm,x2=229.62cm,g取9.8m/s2。用逐差法法對數(shù)據(jù)處理，算出樣品在M=50.0g的作用下產(chǎn)生的位移量AZ。并帶入公式(5)計算楊氏模量。表7位移測量與楊氏模量計算△Z/mm0.62150.61670.62150.59510.5495Y（N/m2）11.132*101011.219*101011.132*101011.626*101012.590*1010楊氏模量Y=11.5398*1010N/m2，對照該黃銅材料特性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)Y=10.55*1010N/m2百分誤差為9.38%，測量結(jié)果并不是十分理想，實驗中存在誤差比較大。三光學(xué)實驗一一光學(xué)發(fā)展簡史光學(xué)(optics)是物理學(xué)的一個重要組成部分，是研究光的本性、光的傳播和光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科。光學(xué)的應(yīng)用非常廣泛，它不僅在科技領(lǐng)域中起著重要作用，而且也與人類日常的生活活動息息相關(guān)。例如，從最早期光學(xué)望遠鏡的設(shè)計到現(xiàn)在各種光學(xué)儀器的研制都無不與幾何光學(xué)緊密相聯(lián)，可以說幾何光學(xué)就是為設(shè)計各種光學(xué)儀器而發(fā)展起來的專門學(xué)科；而在波動光學(xué)中，利用光的干涉原理制成的各種干涉儀器仍是目前精密測量中無可替代的手段，許多重要的分光儀器則是依靠衍射光柵來工作的；光譜分析不僅是人類認(rèn)識物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，如原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)等的窗口，也是人類窺探宇宙天體信息的重要工具；最近幾十年來，激光的發(fā)明和現(xiàn)代光學(xué)的迅速發(fā)展又把人類帶入了一個神奇的信息化高科技時代。這里對光學(xué)的發(fā)展歷史作一簡要介紹。光學(xué)發(fā)展大致分為一下5個時期：萌芽時期：遠古到十六世紀(jì)初；幾何光學(xué)時期：十六世紀(jì)中葉到十八世紀(jì)初；波動光學(xué)時期：十九世紀(jì)初到十九世紀(jì)末；量子光學(xué)時期：十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初；現(xiàn)代光學(xué)時期：二十世紀(jì)六十年代至今。一萌芽時期這一時期，對簡單光現(xiàn)象進行了記載并做了不系統(tǒng)的研究，觀察了光的反射折射，研究了凸透鏡凹面鏡，總結(jié)成像規(guī)律，制造簡單的光學(xué)儀器。中國古代對光的認(rèn)識是和生產(chǎn)、生活實踐緊密相連的。它起源于火的獲得和光源的利用，以光學(xué)器具的發(fā)明、制造及應(yīng)用為前提條件。根據(jù)籍記載，中國古代對光的認(rèn)識大多集中在光的直線傳播、光的反射、大氣光學(xué)、成像理論等多個方面。二幾何光學(xué)時期幾個光學(xué)時期是光學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，系統(tǒng)研究了光現(xiàn)象和光學(xué)儀器，建立了直線傳播定律、反射定律、折射定律；提出了費馬原理、光程、光強、顏色等概念，并觀察了棱鏡光譜等較復(fù)雜的光現(xiàn)象，建立、鞏固和發(fā)展了牛頓微粒學(xué)說。同時，波動理論開始萌芽。荷蘭的李普塞在1608年發(fā)明了第一架望遠鏡。開普勒于1611年發(fā)表了他的著作《折光學(xué)》，提出照度定律，還設(shè)計了幾種新型的望遠鏡，他還發(fā)現(xiàn)當(dāng)光以小角度入射到界面時，入射角和折射角近似地成正比關(guān)系。折射定律的精確公式則是斯涅耳和笛卡兒提出的。1621年斯涅耳在他的一篇文章中指出，入射角的余割和折射角的余割之比是常數(shù)，而笛卡兒約在1630年在《折光學(xué)》中給出了用正弦函數(shù)表述的折射定律。接著費馬在1657年首先指出光在介質(zhì)中傳播時所走路程取極值的原理，并根據(jù)這個原理推出光的反射定律和折射定律。綜上所述，到十七世紀(jì)中葉，基本上已經(jīng)奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。十七世紀(jì)下半葉，牛頓和惠更斯等把光的研究引向進一步歲展的道路。在以牛頓為代表的微粒說占統(tǒng)治地位的同時，由于相繼發(fā)現(xiàn)了干涉、衍射和偏振等光的被動現(xiàn)象，以惠更斯為代表的波動說也初步提出來了，因而這個時期也可以說是幾何光學(xué)向波動光學(xué)過渡的時期，是人們對光的認(rèn)識逐步深化的時期。三波動光學(xué)時期這個時期建立了光的波動理論，圓滿解釋了光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；通過邁克爾孫干涉儀否定了“以太”的存在，提出并證實了光的本質(zhì)就是電磁波。到了十九世紀(jì)，初步發(fā)展起來的波動光學(xué)體系已經(jīng)形成。楊的雙縫干涉和菲涅耳的著作起了決定性的作用。托馬斯?楊圓滿地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫十涉現(xiàn)象。菲涅耳于1818年以楊氏干涉原理補充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圓滿地解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象，也能解釋光的直線傳播。在進一步的研究中，觀察到了光的偏振和偏振光的干涉。1808年馬呂發(fā)現(xiàn)了偏振光。1845年法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動面在強磁場中旋轉(zhuǎn)，揭示了光學(xué)現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。1856年韋伯和柯爾勞斯在萊比錫做的電學(xué)試驗，發(fā)現(xiàn)電荷的電磁單位和靜電單位的比值等于光在真空中的傳播速度。1856年麥克斯韋指出電磁波以光速傳播，這說明光是一種電磁現(xiàn)象。1888年赫茲試驗驗證了麥克斯韋的理論。光的電磁理論在整個物理學(xué)的發(fā)展中起著重要的作用，他指出了光和電磁現(xiàn)象的一致性，并且再次證明了自然現(xiàn)象存在著相互聯(lián)系這一辯證唯物論的基本原理，使人們在認(rèn)識光的本性方面前進了一大步。四量子光學(xué)時期發(fā)現(xiàn)經(jīng)典電磁理論在研究光與物質(zhì)的相互作用時的缺點，建立了光的量子理論，圓滿解釋了黑體輻射、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光的波粒二象性。十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初，光學(xué)的研究深入到光的發(fā)生、光和物質(zhì)相互作用的微觀機構(gòu)中。光的電磁理論主要困難是不能解釋光和物質(zhì)相互作用的某些現(xiàn)象，例如熾熱黑體輻射中能量按波長分布的問題，特別是1887年赫茲發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)。1900年，普朗克提出了輻射的量子論。1905年愛因斯坦發(fā)展普朗克的能量子假設(shè)，提出了光量子（光子）理論，圓滿解釋了光電效應(yīng)，并為后來的許多試驗例如康普敦效應(yīng)所證實。這里所說的光子已經(jīng)不同于牛頓微粒說中的粒子，光子是和光的頻率（波動特性）聯(lián)系著的，光同時具有微粒和波動兩種特性。1924年德布羅意創(chuàng)立了物質(zhì)波學(xué)說。1927年戴維孫和革末的電子束衍射試驗證實了物質(zhì)波理論。1925年波恩提出的波粒二象性的幾率解釋建立了波動性和微粒性之間的聯(lián)系。五現(xiàn)代光學(xué)時期自1960年梅曼（美，1927~2007）制成第一臺紅寶石激光器，光學(xué)進入了新的發(fā)展階段，激光物理、激光技術(shù)、全息攝影術(shù)、光纖的應(yīng)用、光腦的設(shè)想、紅外波段的應(yīng)用，非線性光學(xué)等，派生了許多嶄新的分支學(xué)科。光學(xué)的另一個重要的分支是由成像光學(xué)、全息術(shù)和光學(xué)信息處理組成的。這一分支最早可追溯到1873年阿貝提出的顯微鏡成像理論，和1906年波特為之完成的實驗驗證；1935年澤爾尼克提出位相反襯觀察法，并依此由蔡司工廠制成相襯顯微鏡，為此他獲得了1953年諾貝爾物理學(xué)獎；1948年伽柏提出的現(xiàn)代全息照相術(shù)的前身一一波陣