大學(xué)物理實驗報微小長度的測量

荊楚理工學(xué)院大學(xué)物理實驗報告

姓名：王碩學(xué)號：2013402020107專業(yè)：過程裝備與控制工程日期：5/31/2014

實驗題目：微小長度的測量

目的要求：1.了解霍爾效應(yīng)的原理2.應(yīng)用霍爾效應(yīng)進行微小長度的測量實驗儀器與試劑：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)、電阻箱實驗原理：

霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場中運動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(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，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場和電流強度之比就是電阻率。當(dāng)洛倫磁力fB、f電場力、fE相等時，電荷的積累達到動態(tài)平衡，這時在薄片兩側(cè)面D、D’之間所建立的電場EH稱為霍爾電場，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，亥姆霍茲線圈是由兩個相同的線圈同軸放置，其中心間距等于線圈的半徑。將兩個線圈通以同向電流時，磁場疊加增強，并在一定區(qū)域形成近似均勻的磁場；通以反向電流時，則疊加使磁場減弱，以至出現(xiàn)磁場為零的區(qū)域。利用其產(chǎn)生的近似均勻的磁場作為產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的磁場，

如圖連接材質(zhì)均勻的鐵塊、導(dǎo)線、電壓表、電流表、電源、開關(guān)、電阻箱。

實驗內(nèi)容：1.如圖所示連接各個部件，閉合電路，將連接好的電路按照圖中所示的方案放置到亥姆霍茲線圈產(chǎn)生近似均勻的磁場中去。已知磁場強度B。2.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)3.重復(fù)上述操作（共六組數(shù)據(jù)）實驗現(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=通過數(shù)據(jù)處理qvB=Eq又因為E=U/d即可求得d的長度，從而實現(xiàn)測量鐵塊邊長。討論和思考：物理實驗中的放大法把待測物理量按一定的規(guī)律加以放大,再進行測量的方法稱為放大法。放大法是常用的基本測量方法之一,它分為累計放大法、機械放大法、電磁放大法和光學(xué)放大法。1、累計放大法在待測物理量能夠簡單重疊的條件下,將它展延若干倍,再進行測量的方法,稱為累計放大法。例如,欲測量均勻細絲的直徑,可在一根光滑的圓柱體上密繞100匝,測出其密布的長度,再求出細絲的直徑;又如在用單擺法測重力加速度的實驗中,用秒表測量擺動的周

期時,是測出50次擺動的總時間,再求出單擺的周期。累計放大法的優(yōu)點是在不改變待測量性質(zhì)的情況下,將待測量展延若干倍后進行測量,從而增加測量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù),減小測量值的相對誤差,提高測量的精度。在使用累計法放大時,要注意兩點:一是在展延過程中待測量不能發(fā)生變化;二是在展延過程中應(yīng)努力避免引入新的誤差(如細絲密繞時中間出現(xiàn)的間隙)。2、機械放大法利用機械部件之間的幾何關(guān)系,使標準單位量在測量過程中得到放大的方法,稱為機械放大法。機械放大法可以提高測量儀器的分辨率,增加測量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)。例如螺旋測微器利用螺桿鼓輪(微分筒)機構(gòu),使儀器的最小刻度從1mm變?yōu)?.01mm,從而提高測量精度。又如在分光計讀數(shù)盤的設(shè)計中,為了提高儀器的測量精度,采用兩種方法:一是增大刻度盤的半徑,因為刻度盤的半徑越大,儀器的分辨率會越高;二是應(yīng)用游標的讀數(shù)原理,增設(shè)游標讀數(shù)裝置。再如百分表和千分表,是將被測尺寸引起的測桿微小直線移動,經(jīng)過齒輪傳動放大,變?yōu)橹羔樤诳潭缺P上的轉(zhuǎn)動,從而讀出被測尺寸的大小。3、電磁放大法要對微弱的電信號(電流、電壓或功率)有效地進行觀察和測量,常借助于電子學(xué)中的放大線路。例如在用光電效應(yīng)法測量普朗克常量的實驗中,就是將微弱的光電流通過微電流測量放大器放大后,進行測量的;在示波器的使用中,利用示波管將電信號放大,使電信號不僅能定性的觀察,而且能定量的測量,同時還具直觀顯示的優(yōu)點。4、光學(xué)放大法光學(xué)放大法有兩種,一種是使待測物通過光學(xué)儀器形成放大的象,便于觀察判別。例如常用的測微目鏡、讀數(shù)顯微鏡等。另一種是通過測量放大后的物理量,間接測得本身較小的物理量。例如在用拉伸法測金屬的楊氏彈性模量中,利用光杠桿法測量金屬絲在受到應(yīng)力后,長度發(fā)生的微小變化。光杠桿法是一種常用的光學(xué)放大法,它不僅可以測長度的微小變化,也可以測角度的微