大学物理实验报告 英文版

大学物理实验报告 英文版
大学物理实验报告 英文版

大学物理实验报告

Ferroelectric Control of Spin Polarization

ABSTRACT

A current drawback of spintronics is the large power that is usually required for magnetic writing, in contrast with nanoelectronics, which relies on “zero-current,” gate-controlled operations. Efforts have been made to control the spin-relaxation rate, the Curie temperature, or the magnetic anisotropy with a gate voltage, but these effects are usually small and volatile. We used ferroelectric tunnel junctions with ferromagnetic electrodes to demonstrate local, large, and nonvolatile control of carrier spin polarization by electrically switching ferroelectric polarization. Our results represent a giant type of interfacial magnetoelectric coupling and suggest a low-power approach for spin-based information control.

Controlling the spin degree of freedom by purely electrical means is currently an important challenge in spintronics (1, 2). Approaches based on spin-transfer torque (3) have proven very successful in controlling the direction of magnetization in a ferromagnetic layer, but they require the injection of high current densities. An ideal solution would rely on the application of an electric field across an insulator, as in existing nanoelectronics. Early experiments have demonstrated the volatile modulation of spin-based properties with a gate voltage applied through a dielectric. Notable examples include the gate control of the spin-orbit interaction in III-V quantum wells (4), the Curie temperature T C (5), or the magnetic anisotropy (6) in magnetic semiconductors with carrier-mediated exchange interactions; for example, (Ga,Mn)As or (In,Mn)As. Electric field–induced modifications of magnetic anisotropy at room temperature have also been reported recently in ultrathin Fe-based layers (7, 8).

A nonvolatile extension of this approach involves replacing the gate dielectric by a ferroelectric and taking advantage of the hysteretic response of its order parameter (polarization) with an electric field. When combined with (Ga,Mn)As channels, for

instance, a remanent control of T C over a few kelvin was achieved through polarization-driven charge depletion/accumulation (9, 10), and the magnetic anisotropy was modified by the coupling of piezoelectricity and magnetostriction (11, 12). Indications of an electrical control of magnetization have also been provided in magnetoelectric heterostructures at room temperature (13–17).

Recently, several theoretical studies have predicted that large variations of magnetic properties may occur at interfaces between ferroelectrics and high-T C ferromagnets such as Fe (18–20), Co2MnSi (21), or Fe3O4 (22). Changing the direction of the ferroelectric polarization has been predicted to influence not only the interfacial anisotropy and magnetization, but also the spin polarization. Spin polarization [i.e., the normalized difference in the density of states (DOS) of majority and minority spin carriers at the Fermi level (E F)] is typically the key parameter controlling the response of spintronics systems, epitomized by magnetic tunnel junctions in which the tunnel magnetoresistance (TMR) is related to the electrode spin polarization by the Jullière formula (23). These predictions suggest that the nonvolatile character of ferroelectrics at the heart of ferroelectric random access memory technology (24) may be exploited in spintronics devices such as magnetic random access memories or spin field-effect transistors (2). However, the nonvolatile electrical control of spin polarization has not yet been demonstrated.

We address this issue experimentally by probing the spin polarization of electrons tunneling from an Fe electrode through ultrathin ferroelectric BaTiO3 (BTO) tunnel barriers (Fig. 1A). The BTO polarization can be electrically switched to point toward or

away from the Fe electrode. We used a half-metallic La0.67Sr0.33MnO3(LSMO) (25) bottom electrode as a spin detector in these artificial multiferroic tunnel junctions (26, 27). Magnetotransport experiments provide evidence for a large and reversible dependence of the TMR on ferroelectric polarization direction.

Fig. 1

(A) Sketch of the nanojunction defined by electrically controlled nanoindentation. A thin resist is spin-coated on the BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) bilayer. The nanoindentation is performed with a conductive-tip atomic force microscope, and the resulting

nano-hole is filled by sputter-depositing Au/CoO/Co/Fe. (B) (Top) PFM phase image of a BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) bilayer after poling the BTO along 1-by-4–μm stripes with either a negative or positive (tip-LSMO) voltage. (Bottom) CTAFM image of an unpoled area of a BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) bilayer. Ω, ohms. (C) X-ray absorption spectra collected at room temperature close to the Fe L3,2 (top), Ba M5,4 (middle), and Ti

L3,2 (bottom) edges on an AlO x(1.5 nm)/Al(1.5 nm)/Fe(2 nm)/BTO(1 nm)/LSMO(30 nm)//NGO(001) heterostructure. (D) HRTEM and (E) HAADF images of the Fe/BTO interface in a Ta(5 nm)/Fe(18 nm)/BTO(50 nm)/LSMO(30 nm)//NGO(001) heterostructure. The white arrowheads in (D) indicate the lattice fringes of {011} planes in the iron layer. [110] and [001] indicate pseudotetragonal crystallographic axes of the BTO perovskite.

The tunnel junctions that we used in this study are based on BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) bilayers grown epitaxially onto (001)-oriented NdGaO3 (NGO) single-crystal substrates (28). The large (~180°) and stable piezoresponse force microscopy (PFM) phase contrast (28) between negatively and positively poled areas (Fig. 1B, top) indicates that the ultrathin BTO films are ferroelectric at room temperature (29). The persistence of ferroelectricity for such ultrathin films of BTO arises from the large lattice mismatch with the NGO substrate (–3.2%), which is expected to dramatically enhance ferroelectric properties in this highly strained BTO (30). The local topographical and transport properties of the BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) bilayers were characterized by conductive-tip atomic force microscopy (CTAFM) (28). The surface is very smooth with terraces separated by one-unit-cell–high steps, visible in both the topography (29) and resistance mappings (Fig. 1B, bottom). No anomalies in the CTAFM data were observed over lateral distances on the micrometer scale.

We defined tunnel junctions from these bilayers by a lithographic technique based on CTAFM (28, 31). Top electrical contacts of diameter ~10 to 30 nm can be patterned by this nanofabrication process. The subsequent sputter deposition of a 5-nm-thick Fe layer, capped by a Au(100 nm)/CoO(3.5 nm)/Co(11.5 nm) stack to increase coercivity, defined a set of nanojunctions (Fig. 1A). The same Au/CoO/Co/Fe stack was deposited on another BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) sample for magnetic measurements. Additionally, a Ta(5 nm)/Fe(18 nm)/BTO(50 nm)/LSMO(30 nm) sample and a AlO x(1.5 nm)/Al(1.5

nm)/Fe(2 nm)/BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) sample were realized for structural and spectroscopic characterizations.

We used both a conventional high-resolution transmission electron microscope (HRTEM) and the NION UltraSTEM 100 scanning transmission electron microscope (STEM) to investigate the Fe/BTO interface properties of the Ta/Fe/BTO/LSMO sample. The epitaxial growth of the BTO/LSMO bilayer on the NGO substrate was confirmed by HRTEM and high-resolution STEM images. The low-resolution, high-angle annular dark field (HAADF) image of the entire heterostructure shows the sharpness of the

LSMO/BTO interface over the studied area (Fig. 1E, top). Figure 1D reveals a smooth interface between the BTO and the Fe layers. Whereas the BTO film is epitaxially grown on top of LSMO, the Fe layer consists of textured nanocrystallites. From the in-plane (a) and out-of-plane (c) lattice parameters in the tetragonal BTO layer, we infer that c/a = 1.016 ± 0.008, in good agreement with the value of 1.013 found with the use of x-ray diffraction (29). The interplanar distances for selected crystallites in the Fe layer [i.e.,

~2.03 ? (Fig. 1D, white arrowheads)] are consistent with the {011} planes of

body-centered cubic (bcc) Fe.

We investigated the BTO/Fe interface region more closely in the HAADF mode of the STEM (Fig. 1E, bottom). On the BTO side, the atomically resolved HAADF image allows the distinction of atomic columns where the perovskite A-site atoms (Ba) appear as brighter spots. Lattice fringes with the characteristic {100} interplanar distances of bcc Fe (~2.86 ?) can be distinguished on the opposite side. Subtle structural, chemical, and/or electronic modifications may be expected to occur at the interfacial boundary

between the BTO perovskite-type structure and the Fe layer. These effects may lead to interdiffusion of Fe, Ba, and O atoms over less than 1 nm, or the local modification of the Fe DOS close to E F, consistent with ab initio calculations of the BTO/Fe interface (18–20).

To characterize the oxidation state of Fe, we performed x-ray absorption spectroscopy (XAS) measurements on a AlO x(1.5 nm)/Al(1.5 nm)/Fe(2 nm)/BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) sample (28). The probe depth was at least 7 nm, as indicated by the finite XAS intensity at the La M4,5 edge (28), so that the entire Fe thickness contributed substantially to the signal. As shown in Fig. 1C (top), the spectrum at the Fe L2,3 edge corresponds to that of metallic Fe (32). The XAS spectrum obtained at the Ba M4,5 edge (Fig. 1C, middle) is similar to that reported for Ba2+ in (33). Despite the poor signal-to-noise ratio, the Ti L2,3 edge spectrum (Fig. C, bottom) shows the typical signature expected for a valence close to 4+ (34). From the XAS, HRTEM, and STEM analyses, we conclude that the

Fe/BTO interface is smooth with no detectable oxidation of the Fe layer within a limit of less than 1 nm.

After cooling in a magnetic field of 5 kOe aligned along the [110] easy axis of pseudocubic LSMO (which is parallel to the orthorhombic [100] axis of NGO), we characterized the transport properties of the junctions at low temperature (4.2

K). Figure 2A (middle) shows a typical resistance–versus–magnetic field R(H) cycle recorded at a bias voltage of –2 mV (positive bias corresponds to electrons tunneling from Fe to LSMO). The bottom panel of Fig. 2A shows the magnetic hysteresis

loop m(H) of a similar unpatterned sample measured with superconducting quantum

interference device (SQUID) magnetometry. When we decreased the magnetic field from a large positive value, the resistance dropped in the –50 to –250 Oe range and then followed a plateau down to –800 Oe, after which it sharply returned to the

high-resistance state. We observed a similar response when cycling the field back to large positive values. A comparison with the m(H) loop indicates that the switching fields in R(H) correspond to changes in the relative magnetic configuration of the LSMO and Fe electrodes from parallel (at high field) to antiparallel (at low field). The magnetically softer LSMO layer switched at lower fields (50 to 250 Oe) compared with the Fe layer, for which coupling to the exchange-biased Co/CoO induces larger and asymmetric coercive fields (–800 Oe, 300 Oe). The observed R(H) corresponds to a negative TMR = (R ap–R p)/R ap of –17% [R p and R ap are the resistance in the parallel (p) and antiparallel (ap) magnetic configurations, respectively; see the sketches in Fig. 2A]. Within the simple Jullière model of TMR (23) and considering the large positive spin polarization of half-metallic LSMO (25), this negative TMR corresponds to a negative spin polarization for bcc Fe at the interface with BTO, in agreement with ab initio calculations (18–20).

Fig. 2

(A) (Top) Device schematic with black arrows to indicate magnetizations. p, parallel; ap, antiparallel. (Middle) R(H) recorded at –2 mV and 4.2 K showing negative TMR. (Bottom) m(H) recorded at 30 K with a SQUID magnetometer. emu, electromagnetic units. (B) (Top) Device schematic with arrows to indicate ferroelectric polarization. (Bottom) I(V DC) curves recorded at 4.2 K after poling the ferroelectric down (orange curve) or up (brown curve). The bias dependence of the TER is shown in the inset.

As predicted (35–38) and demonstrated (29) previously, the tunnel current across a ferroelectric barrier depends on the direction of the ferroelectric polarization. We also observed this effect in our Fe/BTO/LSMO junctions. As can be seen in Fig. 2B, after poling the BTO at 4.2 K to orient its polarization toward LSMO or Fe (with a poling voltage of VP–≈ –1 V or VP+≈ 1 V, respectively; see Fig. 2B sketches),

current-versus-voltage I(V DC) curves collected at low bias voltages showed a finite difference corresponding to a tunnel electroresistance as large as TER = (I VP+–I VP–)/I VP–≈ 37% (Fig. 2B, inset). This TER can be interpreted within an electrostatic model (36–39), taking into account the asymmetric deformation of the barrier potential profile that is created by the incomplete screening of polarization charges by different Thomas-Fermi screening lengths at Fe/BTO and LSMO/BTO interfaces.

Piezoelectric-related TER effects (35, 38) can be neglected as the piezoelectric coefficient estimated from PFM experiments is too small in our clamped films (29). TER measurements performed on a BTO(1 nm)/LSMO(30 nm) bilayer with the use of a CTAFM boron-doped diamond tip as the top electrode showed values of ~200%

(29). Given the strong sensitivity of the TER on barrier parameters and barrier-electrode interfaces, these two values are not expected to match precisely. We anticipate that the TER variation between Fe/BTO/LSMO junctions and CTAFM-based measurements is primarily the result of different electrostatic boundary conditions.

Switching the ferroelectric polarization of a tunnel barrier with voltage pulses is also expected to affect the spin-dependent DOS of electrodes at a ferromagnet/ferroelectric interface. Interfacial modifications of the spin-dependent DOS of the half-metallic LSMO by the ferroelectric BTO are not likely, as no states are present for the minority spins up to ~350 meV above E F (40, 41). For 3d ferromagnets such as Fe, large modifications of the spin-dependent DOS are expected, as charge transfer between spin-polarized empty and filled states is possible. For the Fe/BTO interface, large changes have been predicted through ab initio calculations of 3d electronic states of bcc Fe at the interface with BTO by several groups (18–20).

To experimentally probe possible changes in the spin polarization of the Fe/BTO interface, we measured R(H) at a fixed bias voltage of –50 mV after aligning the ferroelectric polarization of BTO toward Fe or LSMO. R(H) cycles were collected for each direction of the ferroelectric polarization for two typical tunnel junctions of the same sample (Fig. 3, B and C, for junction #1; Fig. 3, D and E, for junction #2). In both junctions at the saturating magnetic field, high- and low-resistance states are observed when the ferroelectric polarization points toward LSMO or Fe, respectively, with a variation of ~ 25%. This result confirms the TER observations in Fig. 2B.

Fig. 3

(A) Sketch of the electrical control of spin polarization at the Fe/BTO interface.

(B and C) R(H) curves for junction #1 (V DC = –50 mV, T = 4.2 K) after poling the ferroelectric barrier down or up, respectively. (D and E) R(H) curves for junction #2 (V DC = –50 mV, T= 4.2 K) after poling the ferroelectric barrier down or up, respectively.

More interestingly, here, the TMR is dramatically modified by the reversal of BTO polarization. For junction #1, the TMR amplitude changes from –17 to –3% when the ferroelectric polarization is aligned toward Fe or LSMO, respectively (Fig. 3, B and C). Similarly for junction #2, the TMR changes from –45 to –19%. Similar results were obtained on Fe/BTO (1.2 nm)/LSMO junctions (28). Within the Jullière model (23), these changes in TMR correspond to a large (or small) spin polarization at the Fe/BTO interface when the ferroelectric polarization of BTO points toward (or away from) the Fe electrode. These experimental data support our interpretation regarding the electrical manipulation of the spin polarization of the Fe/BTO interface by switching the ferroelectric polarization of the tunnel barrier.

To quantify the sensitivity of the TMR with the ferroelectric polarization, we define a term, the tunnel electromagnetoresistance, as TEMR = (TMR VP+–TMR VP–)/TMR VP–. Large

values for the TEMR are found for junctions #1 (450%) and #2 (140%), respectively. This electrical control of the TMR with the ferroelectric polarization is repeatable, as shown in Fig. 4 for junction #1 where TMR curves are recorded after poling the ferroelectric up, down, up, and down, sequentially (28).

Fig. 4

TMR(H) curves recorded for junction #1 (V DC = –50 mV, T = 4.2 K) after poling the ferroelectric up (VP+), down (VP–), up (VP+), and down (VP–).

For tunnel junctions with a ferroelectric barrier and dissimilar ferromagnetic electrodes, we have reported the influence of the electrically controlled ferroelectric barrier polarization on the tunnel-current spin polarization. This electrical influence over magnetic degrees of freedom represents a new and interfacial magnetoelectric effect that is large because spin-dependent tunneling is very sensitive to interfacial details. Ferroelectrics can provide a local, reversible, nonvolatile, and potentially low-power means of electrically addressing spintronics devices.

Supporting Online Material

https://www.360docs.net/doc/3f18884312.html,/cgi/content/full/science.1184028/DC1

Materials and Methods

Figs. S1 to S5

References

?Received for publication 30 October 2009.

?Accepted for publication 4 January 2010.

References and Notes

1. C. Chappert, A. Fert, F. N. Van Dau, The emergence of spin electronics in

data storage. Nat. Mater. 6,813 (2007).

2.I. ?uti?, J. Fabian, S. Das Sarma, Spintronics: Fundamentals and

applications. Rev. Mod. Phys. 76,323 (2004).

3.J. C. Slonczewski, Current-driven excitation of magnetic multilayers. J.

Magn. Magn. Mater. 159, L1(1996).

4.J. Nitta, T. Akazaki, H. Takayanagi, T. Enoki

, Gate control of spin-orbit interaction in an inverted In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As

heterostructure. Phys. Rev. Lett. 78, 1335 (1997).

5.H. Ohno et al., Electric-field control of

ferromagnetism. Nature 408, 944 (2000).

6. D. Chiba et al., Magnetization vector manipulation by electric

fields. Nature 455, 515 (2008).

7.M. Weisheit et al., Electric field–induced modification of magnetism in

thin-film ferromagnets. Science315, 349 (2007).

8.T. Maruyama et al., Large voltage-induced magnetic anisotropy change

in a few atomic layers of iron.Nat. Nanotechnol. 4, 158 2009).

9.S. W. E. Riester et al., Toward a low-voltage multiferroic transistor:

Magnetic (Ga,Mn)As under ferroelectric control. Appl. Phys.

Lett. 94, 063504 (2009).

10.I. Stolichnov et al., Non-volatile ferroelectric control of ferromagnetism

in (Ga,Mn)As. Nat. Mater. 7, 464(2008).

11. C. Bihler et al., Ga1?x Mn x As/piezoelectric actuator hybrids: A model

system for magnetoelastic magnetization manipulation. Phys. Rev.

B 78, 045203 (2008).

12.M. Overby, A. Chernyshov, L. P. Rokhinson, X. Liu, J. K. Furdyna

, GaMnAs-based hybrid multiferroic memory device. Appl. Phys.

Lett. 92, 192501 (2008).

13. C. Thiele, K. D?rr, O. Bilani, J. R?del, L. Schultz, Influence of strain on the

magnetization and magnetoelectric effect in

La0.7A0.3MnO3∕PMN-PT(001)(A=Sr,Ca). Phys.Rev.B 75, 054408 (2007).

14.W. Eerenstein, M. Wiora, J. L. Prieto, J. F. Scott, N. D. Mathur, Giant

sharp and persistent converse magnetoelectric effects in multiferroic epitaxial heterostructures. Nat. Mater. 6, 348 (2007).

15.T. Kanki, H. Tanaka, T. Kawai, Electric control of room temperature

ferromagnetism in a Pb(Zr0.2Ti0.8)O3/La0.85Ba0.15MnO3 field-effect transistor. Appl.

Phys. Lett. 89, 242506 (2006).

16.Y.-H. Chu et al., Electric-field control of local ferromagnetism using a

magnetoelectric multiferroic. Nat. Mater. 7, 478 2008).

17.S. Sahoo et al., Ferroelectric control of magnetism in BaTiO3∕Fe

heterostructures via interface strain coupling. Phys. Rev. B 76, 092108 (2007). 18. C.-G. Duan, S. S. Jaswal, E. Y. Tsymbal, Predicted magnetoelectric effect

in Fe/BaTiO3 multilayers: Ferroelectric control of magnetism. Phys. Rev.

Lett. 97, 047201 (2006).

19.M. Fechner et al., Magnetic phase transition in two-phase multiferroics

predicted from first principles.Phys. Rev. B 78, 212406 (2008).

20.J. Lee, N. Sai, T. Cai, Q. Niu, A. A. Demkov, preprint available

at https://www.360docs.net/doc/3f18884312.html,/abs/0912.3492v1.

21.K. Yamauchi, B. Sanyal, S. Picozzi, Interface effects at a

half-metal/ferroelectric junction. Appl. Phys. Lett. 91, 062506 (2007).

22.M. K. Niranjan, J. P. Velev, C.-G. Duan, S. S. Jaswal, E. Y. Tsymbal

, Magnetoelectric effect at the Fe3O4/BaTiO3 (001) interface: A first-principles study. Phys. Rev. B 78, 104405 (2008).

23.M. Jullière, Tunneling between ferromagnetic films. Phys. Lett.

A 54, 225 (1975).

24.J. F. Scott

, Applications of modern ferroelectrics. Science 315, 954 (2007).

25.M. Bowen et al., Nearly total spin polarization in La2/3Sr1/3MnO3 from

tunneling experiments. Appl. Phys. Lett. 82, 233 (2003).

26.J. P. Velev et al., Magnetic tunnel junctions with ferroelectric barriers:

Prediction of four resistance states from first principles. Nano Lett. 9, 427 (2009).

27. F. Yang et al., Eight logic states of tunneling magnetoelectroresistance

in multiferroic tunnel junctions.J. Appl. Phys. 102, 044504 (2007).

28.Materials and methods are available as supporting material

on Science Online.

29.V. Garcia et al., Giant tunnel electroresistance for non-destructive

readout of ferroelectric states. Nature460, 81 (2009).

30.K. J. Choi et al., Enhancement of ferroelectricity in strained BaTiO3 thin

films. Science 306, 1005(2004).

31.K. Bouzehouane et al., Nanolithography based on real-time electrically

controlled indentation with an atomic force microscope for nanocontact

elaboration. Nano Lett. 3, 1599 (2003).

32.T. J. Regan et al., Chemical effects at metal/oxide interfaces studied by

x-ray-absorption spectroscopy.Phys. Rev. B 64, 214422 (2001).

33.N. Hollmann et al., Electronic and magnetic properties of the kagome

systems YBaCo4O7 and YBaCo3M O7 (M=Al, Fe). Phys. Rev. B 80, 085111 (2009).

34.M. Abbate et al., Soft-x-ray-absorption studies of the location of extra

charges induced by substitution in controlled-valence materials. Phys. Rev.

B 44, 5419 (1991).

35. E. Y. Tsymbal, H. Kohlstedt, Tunneling across a

ferroelectric. Science 313, 181 (2006).

36.M. Ye. Zhuravlev, R. F. Sabirianov, S. S. Jaswal, E. Y. Tsymbal, Giant

electroresistance in ferroelectric tunnel junctions. Phys. Rev.

Lett. 94, 246802 (2005).

37.M. Ye. Zhuravlev, R. F. Sabirianov, S. S. Jaswal, E. Y. Tsymbal, Erratum:

Giant electroresistance in ferroelectric tunnel junctions. Phys. Rev.

Lett. 102, 169901 2009).

38.H. Kohlstedt, N. A. Pertsev, J. Rodriguez Contreras, R. Waser, Theoretical

current-voltage characteristics of ferroelectric tunnel junctions. Phys. Rev.

B 72, 125341 (2005).

39.M. Gajek et al., Tunnel junctions with multiferroic barriers. Nat.

Mater. 6, 296 (2007).

40.M. Bowen et al., Spin-polarized tunneling spectroscopy in tunnel

junctions with half-metallic electrodes.Phys. Rev. Lett. 95, 137203 (2005).

41.J. D. Burton, E. Y. Tsymbal, Prediction of electrically induced magnetic

reconstruction at the manganite/ferroelectric interface. Phys. Rev.

B 80, 174406 (2009).

42.We thank R. Guillemet, C. Israel, M. E. Vickers, R. Mattana, J.-M. George,

and P. Seneor for technical assistance, and C. Colliex for fruitful discussions on the microscopy measurements. This study was partially supported by the

France-U.K. Partenariat Hubert Curien Alliance program, the French Réseau

Thématique de Recherche Avancée Triangle de la Physique, the European Union (EU) Specific Targeted Research Project (STRep) Manipulating the Coupling in

Multiferroic Films, EU STReP Controlling Mesoscopic Phase Separation, U.K. Engineering and Physical Sciences Research Council grant EP/E026206/I, French C-Nano ?le de France, French Agence Nationale de la Recherche (ANR) Oxitronics, French ANR Alicante, the European Enabling Science and Technology through European Elelctron Microscopy program, and the French Microscopie Electronique et Sonde Atomique network. X.M.

acknowledges support from Comissionat per a Universitats i Recerca (Generalitat de Catalunya).

大学物理实验报告及答案

(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!) 大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 伏安法测电阻 实验目的(1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念。 U 实验方法原理根据欧姆定律,R =,如测得U 和I 则可计算出R。值得注意的是,本实验待测电阻有两只, I 一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差。 实验装置待测电阻两只,0~5mA 电流表1 只,0-5V 电压表1 只,0~50mA 电流表1 只,0~10V 电压表一只,滑线变阻器1 只,DF1730SB3A 稳压源1 台。 实验步骤本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时,可提示学生参照第2 章中的第2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的,并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量,记录U 值和I 值。对每一个电阻测量3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由?U =U max ×1.5% ,得到?U 1 = 0.15V,?U2 = 0.075V ; (2) 由?I = I max ×1.5% ,得到?I 1 = 0.075mA,?I 2 = 0.75mA; (3) 再由u= R ( ?U )2 + ( ?I ) 2 ,求得u= 9 ×101?, u= 1?; R 3V 3I R1 R2 (4) 结果表示R1 = (2.92 ± 0.09) ×10光栅衍射实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。?, R 2 = (44 ±1)? (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理

大学物理实验报告示例(含数据处理)

怀化学院 大学物理实验实验报告 系别物信系年级2009专业电信班级09电信1班姓名张三学号09104010***组别1实验日期2009-10-20 实验项目:长度和质量的测量

【实验题目】长度和质量的测量 【实验目的】 1. 掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法。 2. 学会物理天平的调节使用方法,掌握测质量的方法。 3. 学会直接测量和间接测量数据的处理,会对实验结果的不确定度进行估算和分析,能正确地表示测量结果。 【实验仪器】(应记录具体型号规格等,进实验室后按实填写) 直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(0~25mm,0.01mm),物理天平(TW-1B 型,分度值0.1g ,灵敏度1div/100mg),被测物体 【实验原理】(在理解基础上,简明扼要表述原理,主要公式、重要原理图等) 一、游标卡尺 主尺分度值:x=1mm,游标卡尺分度数:n (游标的n 个小格宽度与主尺的n-1小格长度相等),游标尺分度值: x n n 1-(50分度卡尺为0.98mm,20分度的为:0.95mm ),主尺分度值与游标尺 分度值的差值为:n x x n n x = -- 1,即为游标卡尺的分度值。如50分度卡尺的分度值为: 1/50=0.02mm,20分度的为:1/20=0.05mm 。 读数原理:如图,整毫米数L 0由主尺读取,不足1格的小数部分l ?需根据游标尺与主尺对齐的刻线数 k 和卡尺的分度值x/n 读取: n x k x n n k kx l =--=?1 读数方法(分两步): (1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线k 读出不足一分格的小数,二者相加即为测量值.即: n x k l l l l +=?+=00,对于50分度卡尺:02.00?+=k l l ; 对20分度:05.00?+=k l l 。实际读数时采取直读法读数。 二、螺旋测微器 原理:测微螺杆的螺距为0.5mm ,微分筒上的刻度通常为50分度。当微分筒转一周时,测微螺杆前进或后退0.5mm ,而微分筒每转一格时,测微螺杆前进或后退0.5/50=0.01mm 。可见该螺旋测微器的分度值为0.01mm ,即千分之一厘米,故亦称千分尺。 读数方法:先读主尺的毫米数(注意0.5刻度是否露出),再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线(估读一位),乖以0.01mm, 最后二者相加。 三:物理天平 天平测质量依据的是杠杆平衡原理 分度值:指针产生1格偏转所需加的砝码质量,灵敏度是分度值的倒数,即n S m = ?,它表示 天平两盘中负载相差一个单位质量时,指针偏转的分格数。如果天平不等臂,会产生系统误差,消除方法:复称法,先正常称1次,再将物放在右盘、左盘放砝码称1次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数),则被测物体质量的修正值为:21m m m ?=。 【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤)

大学物理实验报告

大学物理实验报告 摘要、热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻,具有许多独特的优点和用途,在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性,加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。 关键词、热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性 1、引言 热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件,其电阻温度系数一般为(- 0.003~+0.6)℃-1。因此,热敏电阻一般可以分为: Ⅰ、负电阻温度系数(简称NTC)的热敏电阻元件 常由一些过渡金属氧化物(主要用铜、镍、钴、镉等氧化物)在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的,近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系,随着温度的升高,迁移率增加,电阻率下降。大多应用于测温控温技术,还可以制成流量计、功率计等。 Ⅱ、正电阻温度系数(简称PTC)的热敏电阻元件 常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺,高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加,载流子数目越多,电阻率越小。应用广泛,除测温、控温,在电子线路中作温度补偿外,还制成各类加热器,如电吹风等。 2、实验装置及原理

【实验装置】 FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥,FQJ非平衡电桥加热实验装置(加热炉内置MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)以及控温用的温度传感器),连接线若干。 【实验原理】 根据半导体理论,一般半导体材料的电阻率和绝对温度之间的关系为 (1—1) 式中a与b对于同一种半导体材料为常量,其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值可以根据电阻定律写为 (1—2) 式中为两电极间距离,为热敏电阻的横截面,。 对某一特定电阻而言,与b均为常数,用实验方法可以测定。为了便于数据处理,将上式两边取对数,则有(1—3) 上式表明与呈线性关系,在实验中只要测得各个温度以及对应的电阻的值, 以为横坐标,为纵坐标作图,则得到的图线应为直线,可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数a、b的值。 热敏电阻的电阻温度系数下式给出 (1—4) 从上述方法求得的b值和室温代入式(1—4),就可以算出室温时的电阻温度系数。 热敏电阻在不同温度时的电阻值,可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示,B、D之间为一负载电阻,只要测出,就可以得到值。 ·物理实验报告·化学实验报告·生物实验报告·实验报告格式·实验报告模板 当负载电阻→,即电桥输出处于开

大学物理实验报告书(共6篇)

篇一:大学物理实验报告1 图片已关闭显示,点此查看 学生实验报告 学院:软件与通信工程学院课程名称:大学物理实验专业班级:通信工程111班姓名:陈益迪学号:0113489 学生实验报告 图片已关闭显示,点此查看 一、实验综述 1、实验目的及要求 1.了解游标卡尺、螺旋测微器的构造,掌握它们的原理,正确读数和使用方法。 2.学会直接测量、间接测量的不确定度的计算与数据处理。 3.学会物理天平的使用。 4.掌握测定固体密度的方法。 2 、实验仪器、设备或软件 1 50分度游标卡尺准确度=0.02mm 最大误差限△仪=±0.02mm 2 螺旋测微器准确度=0.01mm 最大误差△仪=±0.005mm 修正值=0.018mm 3 物理天平 tw-0.5 t天平感度0.02g 最大称量 500g △仪=±0.02g 估读到 0.01g 二、实验过程(实验步骤、记录、数据、分析) 1、实验内容与步骤 1、用游标卡尺测量圆环体的内外径直径和高各6次; 2、用螺旋测微器测钢线的直径7次; 3、用液体静力称衡法测石蜡的密度; 2、实验数据记录表 (1)测圆环体体积 图片已关闭显示,点此查看 (2)测钢丝直径 仪器名称:螺旋测微器(千分尺)准确度=0.01mm估读到0.001mm 图片已关闭显示,点此查看 图片已关闭显示,点此查看 测石蜡的密度 仪器名称:物理天平tw—0.5天平感量: 0.02 g 最大称量500 g 3、数据处理、分析 (1)、计算圆环体的体积 1直接量外径d的a类不确定度sd ,sd=○ sd=0.0161mm=0.02mm 2直接量外径d的b类不确定度u○ d. ud,= ud=0.0155mm=0.02mm 3直接量外径d的合成不确定度σσ○ σd=0.0223mm=0.2mm 4直接量外径d科学测量结果○ d=(21.19±0.02)mm d = 5直接量内径d的a类不确定度s○

大学物理实验报告优秀模板

大学物理实验报告优秀模板 大学物理实验报告模板 实验报告 一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项 二.实验目的 三.实验器材 四.实验原理 五.实验内容、步骤 六.实验数据记录与处理 七.实验结果分析以及实验心得 八.原始数据记录栏(最后一页) 把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来,经过整理,写成的书面汇报,就叫实验报告。 实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告,物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展,实验的种类、项目等日见繁多,但其格式大同小异,比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料,总结研究成果。 实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结,更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力,是科学

论文写作的基础。因此,参加实验的每位学生,均应及时认真地书写实验报告。要求内容实事求是,分析全面具体,文字简练通顺,誊写清楚整洁。 实验报告内容与格式 (一) 实验名称 要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某程序、定律、算法,可写成“验证×××”;分析×××。 (二) 所属课程名称 (三) 学生姓名、学号、及合作者 (四) 实验日期和地点(年、月、日) (五) 实验目的 目的要明确,在理论上验证定理、公式、算法,并使实验者获得深刻和系统的理解,在实践上,掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。一般需说明是验证型实验还是设计型实验,是创新型实验还是综合型实验。 (六) 实验内容 这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点,可以从理论和实践两个方面考虑。这部分要写明依据何种原理、定律算法、或操作方法进行实验。详细理论计算过程. (七) 实验环境和器材 实验用的软硬件环境(配置和器材)。 (八) 实验步骤 只写主要操作步骤,不要照抄实习指导,要简明扼要。还应该画出实验流程图(实验装置的结构示意图),再配以

大学物理实验报告范例

怀化学院 大学物理实验实验报告系别数学系年级2010专业信息与计算班级10信计3班姓名张三学号**组别1实验日期2011-4-10 实验项目:验证牛顿第二定律

1.气垫导轨的水平调节 可用静态调平法或动态调平法,使汽垫导轨保持水平。静态调平法:将滑块在汽垫上静止释放,调节导轨调平螺钉,使滑块保持不动或稍微左右摆动,而无定向运动,即可认为导轨已调平。 2.练习测量速度。 计时测速仪功能设在“计时2”,让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门,练习测量速度。 3.练习测量加速度 计时测速仪功能设在“加速度”,在砝码盘上依次加砝码,拖动滑块在汽垫上作匀加速运动,练习测量加速度。 4.验证牛顿第二定律 (1)验证质量不变时,加速度与合外力成正比。 用电子天平称出滑块质量滑块m ,测速仪功能选“加速度”, 按上图所示放置滑块,并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g),将滑块移至远离滑轮一端,使其从静止开始作匀加速运动,记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上,重复上述步骤。 (2)验证合外力不变时,加速度与质量成反比。 计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码(即 g m 102=),测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重 块的质量均为m ′=50g)逐次加在滑块上,分别测量出对应的加速度。 【数据处理】 (数据不必在报告里再抄写一遍,要有主要的处理过程和计算公式,要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图) 1、由数据记录表3,可得到a 与F 的关系如下: 由上图可以看出,a 与F 成线性关系,且直线近似过原点。 上图中直线斜率的倒数表示质量,M=1/=172克,与实际值M=165克的相对误差: %2.4165 165 172=- 可以认为,质量不变时,在误差范围内加速度与合外力成正比。

大学物理实验报告答案大全(实验数据)

U 2 I 2 大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 伏安法测电阻 实验目的 (1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理 根据欧姆定律, R = U ,如测得 U 和 I 则可计算出 R 。值得注意的是,本实验待测电阻有两只, 一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差。 实验装置 待测电阻两只,0~5mA 电流表 1 只,0-5V 电压表 1 只,0~50mA 电流表 1 只,0~10V 电压表一 只,滑线变阻器 1 只,DF1730SB3A 稳压源 1 台。 实验步骤 本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时,可提示学 生参照第 2 章中的第 2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的,并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量,记录 U 值和 I 值。对每一个电阻测量 3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由 U = U max ? 1.5% ,得到 U 1 = 0.15V , U 2 = 0.075V ; (2) 由 I = I max ? 1.5% ,得到 I 1 = 0.075mA , I 2 = 0.75mA ; (3) 再由 u R = R ( 3V ) + ( 3I ) ,求得 u R 1 = 9 ? 101 &, u R 2 = 1& ; (4) 结果表示 R 1 = (2.92 ± 0.09) ?10 3 &, R 2 = (44 ± 1)& 光栅衍射 实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。 (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长 实验方法原理

大学物理实验报告范文

大学物理实验报告范文 科技实验报告是描述、记录某个科研课题过程和结果的一种科技应用文体。撰写实验报告是科技实验工作不可缺少的重要环节。下面是小编为大家整理的最新小学生零花钱调查报告,欢迎阅读参考! 精确测定银川地区的重力加速度 测量结果的相对不确定度不超过5% 初步确定有以下六种模型方案: 方法一、用打点计时器测量 所用仪器为:打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带,找出起始点0,数出时间为t的P点,用米尺测出OP的距离为h,其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2,将所测代入即可求得g. 方法二、用滴水法测重力加速度 调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、取半径为R的玻璃杯,内装适当的液体,固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转,这时

液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面 重力加速度的计算公式推导如下: 取液面上任一液元A,它距转轴为x,质量为m,受重力mg、弹力N.由动力学知: Ncosα-mg=0 (1) Nsinα=mω2x (2) 两式相比得tgα=ω2x/g,又tgα=dy/dx,∴dy=ω2xdx/g, ∴y/x=ω2x/2g. ∴ g=ω2x2/2y. .将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出,将转台转速ω代入即可求得g. 方法四、光电控制计时法 调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法五、用圆锥摆测量 所用仪器为:米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动,用直尺测量出h(见图1),用秒表测出摆锥n转所用的时间t,则摆锥角速度ω=2πn/t 摆锥作匀速圆周运动的向心力F=mgtgθ,而tgθ=r/h

大学物理实验报告

( 实验报告) 姓名:____________________ 单位:____________________ 日期:____________________ 编号:YB-BH-053939 大学物理实验报告College Physics Experiment Report

大学物理实验报告 大学物理实验报告1 实验目的:通过演示来了解弧光放电的原理 实验原理:给存在一定距离的两电极之间加上高压,若两电极间的电场达到空气的击穿电场时,两电极间的空气将被击穿,并产生大规模的放电,形成气体的弧光放电。 雅格布天梯的两极构成一梯形,下端间距小,因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热(空气的温度升高,空气就越易被电离, 击穿场强就下降),使其上部的空气也被击穿,形成不断放电。结果弧光区逐渐上移,犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时,由于两电极间距过大,使极间场强太小不足以击穿空气,弧光因而熄灭。 简单操作:打开电源,观察弧光产生。并观察现象。(注意弧光的产生、移动、消失)。 实验现象: 两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电,同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升,就象圣经中的雅各布(yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。

注意事项:演示器工作一段时间后,进入保护状态,自动断电,稍等一段时间,仪器恢复后可继续演示, 实验拓展:举例说明电弧放电的应用 大学物理实验报告2 一、演示目的 气体放电存在多种形式,如电晕放电、电弧放电和火花放电等,通过此演示实验观察火花放电的发生过程及条件。 二、原理 首先让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电,而球型电极未放电。这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多(尖端电极处),两极之间的电场越强,空气层被击穿。反之越少(球型电极处),两极之间的电场越弱,空气层未被击穿。当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时,其间的电场较弱,不能击穿空气层。而此时球型电极与平板电极之间的距离最近,放电只能在此处发生。 三、装置 一个尖端电极和一个球型电极及平板电极。 四、现象演示 让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电,而球型电极未放电。接着让尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离,放电在球型电极与平板电极之间发生 五、讨论与思考

(完整版)大学物理实验报告答案大全

大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 伏安法测电阻 实验目的(1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理根据欧姆定律, I R = U ,如测得U 和I 则可计算出R。值得注意的是,本实验待测电阻有两只, 一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差。 实验装置待测电阻两只,0~5mA 电流表1 只,0-5V 电压表1 只,0~50mA 电流表1 只,0~10V 电压表一 只,滑线变阻器1 只,DF1730SB3A 稳压源1 台。 实验步骤本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时,可提示学 生参照第2 章中的第2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的,并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量,记录U 值和I 值。对每一个电阻测量3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量。 数据处理 测量次数1 2 3 U1 /V 5.4 6.9 8.5 I1 /mA 2.00 2.60 3.20 R1 / Ω 2700 2654 2656

测量次数1 2 3 U2 /V 2.08 2.22 2.50 I2 /mA 38.0 42.0 47.0 R2 / Ω 54.7 52.9 53.2 (1) 由. % max ΔU =U ×1 5 ,得到U 0.15V , 1 Δ = U 0 075V Δ 2 = . ; (2) 由. % max ΔI = I ×1 5 ,得到I 0.075mA, 1 Δ = I 0 75mA Δ 2 = . ; (3) 再由2 2 3 3 ( ) ( ) I I V u R U R Δ Δ = + ,求得9 10 Ω 1Ω 2 1 1 = × = R R u , u ; (4) 结果表示= (2.92 ± 0.09)×10 Ω, = (44 ±1)Ω 2 3 1 R R 光栅衍射 实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。 (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长

大学物理实验报告分光计

竭诚为您提供优质文档/双击可除大学物理实验报告分光计 篇一:大学物理实验报告答案大全(实验数据) 大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 伏安法测电阻 实验目的(1)利用伏安法测电阻。(2)验证欧姆定律。 (3)学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念。实验方法原理 根据欧姆定律,R??,如测得u和I则可计算出R。值得注意的是,本实验待测电阻有两只, 一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差。实验装置待测电阻两只,0~5mA电流表1只,0-5V电压表1只,0~50mA 电流表1只,0~10V电压表一只,滑线变阻器1只, DF1730sb3A稳压源1台。 实验步骤本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时,可提示

学生参照第2章中的第2.4一节的有关内容。分压电路是必须要使用的,并作具体提示。(1)根据相应的电路图对电阻进行测量,记录u值和I值。对每一个电阻测量3次。(2)计算各次测量结果。如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果。(3)如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量。数据处理 ;(1)由???u?umax??1.5%,得 到???u1??0.15V,???u2??0.075V (2)由???I?Imax??1.5%,得 到???I1??0.075mA,???I2??0.75mA; ??u2??I2 )??(,求得uR1?9??101??,uR2??1?;(3)再由uR?VI (4)结果表示R1?(2.92??0.09)??103??,R2??(44??1)?? 光栅衍射 实验目的 (1)了解分光计的原理和构造。(2)学会分光计的调节和使用方法。 (3)观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理 若以单色平行光垂直照射在光栅面上,按照光栅衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下式决定:=dsinψk=±kλ(a+b)sinψk

大学物理实验报告优秀正式版

For the things that have been done in a certain period, the general inspection of the system is also a specific general analysis to find out the shortcomings and deficiencies 大学物理实验报告优秀正 式版

大学物理实验报告优秀正式版 下载提示:此报告资料适用于某一时期已经做过的事情,进行一次全面系统的总检查、总评价,同时也是一次具体的总分析、总研究,找出成绩、缺点和不足,并找出可提升点和教训记录成文,为以后遇到同类事项提供借鉴的经验。文档可以直接使用,也可根据实际需要修订后使用。 大学物理实验报告模板 实验报告 一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项 二.实验目的 三.实验器材 四.实验原理 五.实验内容、步骤 六.实验数据记录与处理 七.实验结果分析以及实验心得 八.原始数据记录栏(最后一页)

把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来,经过整理,写成的书面汇报,就叫实验报告。 实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告,物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展,实验的种类、项目等日见繁多,但其格式大同小异,比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料,总结研究成果。 实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结,更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达

大学物理实验报告范例简易版

The Short-Term Results Report By Individuals Or Institutions At Regular Or Irregular Times, Including Analysis, Synthesis, Innovation, Etc., Will Eventually Achieve Good Planning For The Future. 编订:XXXXXXXX 20XX年XX月XX日 大学物理实验报告范例简 易版

大学物理实验报告范例简易版 温馨提示:本报告文件应用在个人或机构组织在定时或不定时情况下进行的近期成果汇报,表达方式以叙述、说明为主,内容包含分析,综合,新意,重点等,最终实现对未来的良好规划。文档下载完成后可以直接编辑,请根据自己的需求进行套用。 摘要:热敏电阻是阻值对温度变化非常敏 感的一种半导体电阻,具有许多独特的优点和 用途,在自动控制、无线电子技术、遥控技术 及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通 过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性, 加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。 关键词:热敏电阻、非平衡直流电桥、电 阻温度特性 1、引言 热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温 度有很强的依赖关系而制成的一种器件,其电 阻温度系数一般为(-0.003~+0.6)℃-1。因

此,热敏电阻一般可以分为: Ⅰ、负电阻温度系数(简称NTC)的热敏电阻元件 常由一些过渡金属氧化物(主要用铜、镍、钴、镉等氧化物)在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的,近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系,随着温度的升高,迁移率增加,电阻率下降。大多应用于测温控温技术,还可以制成流量计、功率计等。

大学物理上实验报告(共2篇)

篇一:大学物理实验报告 大学物理演示实验报告 院系名称:勘察与测绘学院 专业班级: 姓名: 学号: 辉光盘 【实验目的】: 观察平板晶体中的高压辉光放电现象。 【实验仪器】:大型闪电盘演示仪 【实验原理闪电盘是在两层玻璃盘中密封了 涂有荧光材料的玻璃珠,玻璃珠充有稀薄的 惰性气体(如氩气等)。控制器中有一块振荡 电路板,通过电源变换器,将12v低压直流 电转变为高压高频电压加在电极上。 通电后,振荡电路产生高频电压电场, 由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产 生紫外辐射,玻璃珠上的荧光材料受到紫外 辐射激发出可见光,其颜色由玻璃珠上涂敷 的荧光材料决定。由于电极上电压很高,故 所发生的光是一些辐射状的辉光,绚丽多彩,光芒四射,在黑暗中非常好看。 【实验步骤】: 1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小; 2. 插上220v电源,打开开关; 3. 调高电位器,观察闪电盘上图像变化,当电压超过一定域值后,盘上出现闪光; 4. 用手触摸玻璃表面,观察闪光随手指移动变化; 5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失,对闪电盘拍手或说话,观察辉光岁声音的变化。 【注意事项】: 1. 闪电盘为玻璃质地,注意轻拿轻放; 2. 移动闪电盘时请勿在控制器上用力,避免控制器与盘面连接断裂; 3. 闪电盘不可悬空吊挂。 辉光球 【实验目的】 观察辉光放电现象,了解电场、电离、击穿及发光等概念。 【实验步骤】 1.将辉光球底座上的电位器调节到最小; 2.插上220v电源,并打开开关; 3. 调节电位器,观察辉光球的玻璃球壳内,电压超过一定域值后中心处电极之间随机产生数道辉光; 4.用手触摸玻璃球壳,观察到辉光随手指移动变化; 5.缓慢调低电位器到辉光恰好消失,对辉光球拍手或说话,观察辉光随声音的变化。

《大学物理(一)》实验报告

中国石油大学(华东)现代远程教育 实验报告 课程名称:大学物理(一) 实验名称:速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证 实验形式:在线模拟+现场实践 提交形式:在线提交实验报告 学生姓名:学号: 年级专业层次: 学习中心: 提交时间:2020 年04月05 日

一、实验目的 1.了解气垫导轨的构造和性能,熟悉气垫导轨的调节和使用方法。 2.了解光电计时系统的基本工作原理,学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3.掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。 4.从实验上验证F=ma的关系式,加深对牛顿第二定律的理解。 5.掌握验证物理规律的基本实验方法。 二、实验原理 1.速度的测量 一个作直线运动的物体,如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx(x~x+Δx),则该物体在Δt时间内的平均速度为,Δt越小,平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当Δt→0时,平均速度的极限值就是t时刻(或x位置)的瞬时速度 (1) 实际测量中,计时装置不可能记下Δt→0的时间来,因而直接用式(1)测量某点的速度就难以实现。但在一定误差范围内,只要取很小的位移Δx,测量对应时间间隔Δt,就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。本实验中取Δx为定值(约10mm),用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt,较好地解决了瞬时速度的测量问题。 2.加速度的测量 在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门,分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题,通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系,就可以实现加速度a的测量。 (1)由测量加速度 在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2,经过两个光电门之间的时间为t21,则加速度a为

大学物理演示实验报告.doc

大学物理演示实验报告 大学物理演示实验报告一: 实验目的:通过演示来了解弧光放电的原理 实验原理:给存在一定距离的两电极之间加上高压,若两电极间的电场达到空气的击穿电场时,两电极间的空气将被击穿,并产生大规模的放电,形成气体的弧光放电。 雅格布天梯的两极构成一梯形,下端间距小,因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热(空气的温度升高,空气就越易被电离, 击穿场强就下降),使其上部的空气也被击穿,形成不断放电。结果弧光区逐渐上移,犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时,由于两电极间距过大,使极间场强太小不足以击穿空气,弧光因而熄灭。 简单操作:打开电源,观察弧光产生。并观察现象。(注意弧光的产生、移动、消失)。 实验现象: 两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电,同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升,就象圣经中的雅各布(yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。 注意事项:演示器工作一段时间后,进入保护状态,自动断电,稍等一段时间,仪器恢复后可继续演示,

实验拓展:举例说明电弧放电的应用 大学物理演示实验报告二: 学物理演示实验报告--避雷针 一、演示目的 气体放电存在多种形式,如电晕放电、电弧放电和火花放电等,通过此演示实验观察火花放电的发生过程及条件。 二、原理 首先让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电,而球型电极未放电。这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多(尖端电极处),两极之间的电场越强,空气层被击穿。反之越少(球型电极处),两极之间的电场越弱,空气层未被击穿。当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时,其间的电场较弱,不能击穿空气层。而此时球型电极与平板电极之间的距离最近,放电只能在此处发生。 三、装置 一个尖端电极和一个球型电极及平板电极。 四、现象演示 让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电,而球型电极未放电。接着让尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离,放电在球型电极与平板电极之间发生

大学物理实验报告霍尔效应

大学物理实验报告霍尔效应 一、实验名称:霍尔效应原理及其应用二、实验目的:1、了解霍尔效应产生原理;2、测量霍尔元件的、曲线,了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系;3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法,测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分布;4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。 三、仪器用具:YX-04 型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理:1、霍尔效应现象及物理解释霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加的横向电场。对于图1 所示。半导体样品,若在x 方向通以电流,在z 方向加磁场,则在y 方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场,电场的指向取决于样品的导电类型。显然,当载流子所受的横向电场力时电荷不断聚积,电场不断加强,直到样品两侧电荷的积累就达到平衡,即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压)。设为霍尔电场,是载流子在电流方向上的平均漂移速度;样品的宽度为,厚度为,载流子浓度为,则有:(1-1) 因为,,又根据,则(1-2)其中称为霍尔系数,是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出、以及知道和,可按下式计算:(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。 根据RH 可进一步确定以下参数。(1)由的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。判别的方法是按图1 所示的和的方向(即测量中的+,+),若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位),则样品属N 型,反之为P 型。(2)由求载流子浓度,即。应该指出,这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点,考虑载流子的速度统计分布,需引入的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。(3)结合电导率的测量,求载流子的迁移率。电导率与载流子浓度以及迁移率之间有如下关系:(1-5)2、霍尔效应中的副效应及其消除方法上述推导是从理想情况出发的,实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应,使的测量产生系统误差,如图 2 所示。 (1)厄廷好森效应引起的电势差。由于电子实际上并非以同一速度v 沿y 轴负向运动,速度大的电子回转半径大,能较快地到达接点3 的侧面,从而导致3 侧面较4 侧面集中较多能量高的电子,结果3、4 侧面出现温差,产生温差电动势。 可以证明。的正负与和的方向有关。(2)能斯特效应引起的电势差。焊点1、2 间接触电阻可能不同,通电发热程度不同,故1、2 两点间温度可能不同,于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似,该热扩散电流也会在 3、4 点间形成电势差。 若只考虑接触电阻的差异,则的方向仅与磁场的方向有关。(3)里纪-勒杜克效应产生的电势差。上述热扩散电流的载流子由于速度不同,根据厄廷好森效应同样的理由,又会在3、4 点间形成温差电动势。的正负仅与的方向有关,而与的方向无关。(4)不等电势效应引起的电势差。由于制造上的困难及材料的不均匀性,3、4 两点实际上不可能在同一等势面上,只要有电流沿x 方向流过,即使没有磁场,3、4 两点间也会出现电势差。的正负只与电流的方向有关,而与的方向无关。综上所述,在确定的磁场和电流下,实际测出的电压是霍尔

大学物理实验报告要求

大学物理实验报告要求 大学物理实验报告要求 一、预习报告要求 1.预习报告包括实验名称,实验目的,实验仪器,实验原理,实验步骤五个部分,采用学校统一的“中原工学院信息商务学院实践性环节报告用纸”书写,不允许打印。 2.预习报告要求有一定的字数,不能过少,该有的图、表一定要画上。 3.预习报告内容要求能反映实验所有环节,学生能直接看预习报告完成实验的内容。 4.无预习报告者不允许进入实验室做实验。 二、原始数据记录要求 1.原始数据记录要求清晰明了,该有的物理量、包括单位一定要写上。 2.原始数据必须得到实验老师的认可,有实验老师的签名才算有效。 3.原始数据要求用黑色或蓝色字迹签字笔书写(画图除外)。 4.原始数据记录一经教师签字即不允许作任何改动,否则视为无效。 三、实验报告要求 1.实验报告包括实验名称,实验目的,实验仪器,实验原理,实验步骤,数据记录,数据处理、思考题七个部分,采用学校统一的“中原工学院信息商务学院实践性环节报告用纸”书写,不允许打印。 2.实验报告中实验数据记录要求将原始数据的数据在实验报告中重新誊写一份,以便处理,不能直接使用原始数据记录或者在原始数据记录页上直接处理数据。 3.数据处理中所有要求画图的处理方式均应在正果的坐标纸上进行作图。 4. 实验报告和预习报告不能互用,预习报告中写过的部分实验报告要求重写。 5.实验报告数据处理要求有详细地处理步骤,不能仅有最终答案。误差处理参考课本第一章和第二章。 四、实验报告装订要求 1.装订实验报告时要求实验报告在前、实验原始数据在中间、预习报告在后统一装订在一起,不要分开装订。 2.报告的第一页要求写清楚自己的姓名、班级、学号,缺一不可。 五、实验报告上交要求 1.上交实验报告时以班级为单位放好,每班放置一摞,不要管是否同一个实验。 2.一般是第二周或者第二次做实验时上交第一个实验的实验报告。 大学物理实验预习报告

大学物理实验报告模板范本

大学物理实验报告模板范本 大学物理实验报告热敏电阻 热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻,具有许多独特的优点和用途,在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性,加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。 关键词:热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性 1、引言 热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件,其电阻温度系数一般为(-0.003~+0.6)℃-1。因此,热敏电阻一般可以分为: Ⅰ、负电阻温度系数(简称NTC)的热敏电阻元件 常由一些过渡金属氧化物(主要用铜、镍、钴、镉等氧化物)在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的,近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系,随着温度的升高,迁移率增加,电阻率下降。大多应用于测温控温技术,还可以制成流量计、功率计等。 Ⅱ、正电阻温度系数(简称PTC)的热敏电阻元件 常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺,高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加,载流子数目越多,电阻率越小。应用广泛,除测温、控温,在电子线路中作温度补偿外,还制成各类加热器,如电吹风等。 2、实验装置及原理 【实验装置】

FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥,FQJ非平衡电桥加热实验装置(加热炉内置MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)以及控温用的温度传感器),连接线若干。 【实验原理】 根据半导体理论,一般半导体材料的电阻率和绝对温度之间的关系为式中a 与b对于同一种半导体材料为常量,其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值可以根据电阻定律写为式中为两电极间距离,为热敏电阻的横截面。 对某一特定电阻而言,与b均为常数,用实验方法可以测定。为了便于数据处理,将上式两边取对数,则有上式表明与呈线,在实验中只要测得各个温度以及对应的电阻的值,以为横坐标,为纵坐标作图,则得到的图线应为直线,可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。热敏电阻的电阻温度系数下式给出。 从上述方法求得的b值和室温代入式(1—4),就可以算出室温时的电阻温度系数。 热敏电阻在不同温度时的电阻值,可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示,B、D之间为一负载电阻,只要测出,就可以得到值。 当负载电阻→ ,即电桥输出处于开路状态时, =0,仅有电压输出,用表示,当时,电桥输出 =0,即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性,在测量之前,电桥必须预调平衡,这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。 若R1、R2、R3固定,R4为待测电阻,R4 = RX,则当R4→R4+△R时,因电桥不平衡而产生的电压输出为:(1—5) 在测量MF51型热敏电阻时,非平衡直流电桥所采用的是立式电桥,且,则(1—6) 式中R和均为预调平衡后的电阻值,测得电压输出后,通过式(1—6)运算可得△R,从而求的 =R4+△R。 3、热敏电阻的电阻温度特性研究 根据表一中MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)之电阻~温度特性研究桥式电路,并设计各臂电阻R和的值,以确保电压输出不会溢出(本实验=1000.0Ω,

相关文档
最新文档