大学物理实验课件 实验5.3 PN结的特性
实验5.3 PN结的特性
物理系：张师平
北京科技大学物理系张师平
引言
?PN结温度传感器具有灵敏度高、线性好、热响应快和体小轻巧等特点，广泛应用于温度数字化、温度控制以及用微机进行温度实时讯号处理等方面。
?目前，结型温度传感器主要以硅为材料，原因是硅材料易于实现功能化，即将测温单元和恒流、放大等电路组合成一块集成电路。
北京科技大学物理系张师平
1.研究PN结正向压降随温度变化的基本规律。
2.学习用PN结测温的方法。
3.学习一种测量玻尔兹曼常数的方法。
北京科技大学物理系张师平
北京科技大学物理系张师平
实验原理
——PN结的I-V特性
北京科技大学物理系张师平
实验仪器
?QS-J型PN结正向压降
温度特性实验组合仪
北京科技大学物理系张师平
测量
1.测定玻尔兹曼常数k——测得常温下Si管PN结的I F-
V F关系，并将所得到的结果与标准值
k=1.3807×10-23J/K相比较。
2.V F(T R)的测量：
开启测试仪电源，预热数分钟后，将“测量选择”
开关（以下简称K）拨到I
F ，由“I
F
调节”使
I F=50μA。再将K拨到V F，记下V F(T R)值，再将K置于ΔV，调节ΔV使ΔV=0。
北京科技大学物理系张师平
3.测定ΔV～T曲线：
取走冰瓶，开启加热电源（指示灯即亮），逐步提高加热电流进行变温实验，并记录对应的ΔV和T，至于ΔV、T 的数据测量，可按ΔV每改变10mV(Si)或5mV(Ge)读取一组ΔV、T，这样可减小测量误差。应该注意：在整个实验过程中，升温速率要慢，且温度不宜过高，Si管测量升温
（室温～85℃），Ge管测量降温（45℃～室温）。
4.求被测PN结正向压降随温度变化的灵敏度S（mV/℃）。
做ΔV～T曲线，其斜率就是S。
5.估算两种被测PN结材料的禁带宽度：
E g(0)=qV g(0)
北京科技大学物理系张师平
注意事项：
1.加热电流要缓慢增加，每分钟增加0.1A，直到
0.5A为止，不再增加。
2.不要用手触碰PN结以及测温原件，以免损坏仪
器。
3.温度降到45℃以下时再切换到Ge管进行测量，
以免Ge管烧毁。
北京科技大学物理系张师平
数据处理要求
1.使用坐标纸画出室温下的V F-I F曲线，计算玻尔兹
曼常数k，并与标准值k=1.3807×10-23J/K比较，
求出百分差。
2.使用Excel软件分别画出Si管和Ge管的V-T曲线，
利用软件计算曲线斜率分别得到测温灵敏度，并计算PN结材料禁带宽度，与标准值进行比较，
并计算百分差。
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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PN结正向压降温度特性的研究实验报告
实验题目：PN 结正向压降温度特性的研究 实验目的：了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。在恒流供电条件下，测绘PN 结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度和被测PN 结材料的禁带宽度。学习用PN 结测温的方法。 实验原理：理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在近似关系： )exp( kT qV Is I F F = 其中q 为电子电荷，k 为玻尔兹曼常数，T 为绝对温度，I S 为反向饱和电流： ]) 0(ex p[kT qV CT Is g r -= 由上面可以得到： 11)0(n r F g F V V InT q kT T I c In q k V V +=-??? ? ? ?-= 其中 () r n F g InT q KT V T I c In q k V V -=???? ? ?-=11)0( 在上面PN 结正向压降的函数中，令I F =常数，那么V F 就是T 的函数。 考虑V n1引起的线性误差，当温度从T 1变为T ，电压由V F1变为V F ： [] r n F g g F T T q kT T T V V V V ??? ? ??---=111 1)0()0( )(111T T T V V V F F F -??+=理想 ()[] ()r T T q k T T V V V T T r q k T V V V V F g g F g F 1111111)0()0(----=-????? ?---+=理想 两个表达式相比较，有： ()r F T T Ln q kT T T r q k V V )(1 1+-- =-=?理想 综上可以研究PN 结正向压降温度特性。 实验内容：1、求被测PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S （mv/℃）。作?V —T 曲线（使用Origin 软件工 具），其斜率就是S 。 2、估算被测PN 结材料硅的禁带宽度E g (0)=qV g (0)电子伏。根据（6）式，略去非线性，可得
大学物理实验教程 第二版 思考题答案 (李学金 著)----分光计的调节与使用评分标准
《分光计的调节与使用》参考答案和评分标准预习报告(20分) 一.实验目的 a.了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法; b.用分光计测定棱镜顶角。 二. 实验仪器 分光计、钠灯、三棱镜、双面反射镜 三. 实验原理 1.分光计的调节原理 2.利用分光计测定棱镜顶角的方法 a.自准法 b.反射法 四. 实验内容和步骤 1.按调节分光计的要求调好分光计 2.任选一种方法测定三棱镜的顶角 评分要点： 1、要有实验名称、实验目的、实验原理、实验内容和步骤。（5分） 2、实验原理的书写要求用以自己的语言，言简意赅的语言表述清楚。（5分） 3、要绘制好填充测量数据所需要的表格。（5分） 4、报告的书写要整洁规范。（5分） 数据采集与实验操作(40分)
评分要点： 1、不能用手直接摸三棱镜和反射镜的表面。（2分） 2、是否调节好分光计。（15分） 3、对实验的原理是否掌握。（8分） 4、实验操作的熟练程度。（10分） 5、是否读出合理的数据。（5分）
A=60°16′±20′ E =? 评分要点： 1、是否列表记录数据，数据记录是否规范、清晰（10分） 2、数据处理过程是否完整（10分）[注意：反射法和自准法的公式是不同的] 3、是否得出正确答案(R 在合理的范围5分，误差处理5分) 六．思考题(10分) 1、 分光计由哪几部分组成？ 答：三脚底座、望远镜、平行光管、载物平台和读数盘。 2、 分光计调整的要求是什么？ 答：使平行光管发出平行光，望远镜聚焦于无穷远（使叉丝平面落在目镜和物镜的焦平面上），同时使平行光管和望远镜的光轴与转轴垂直。 3、 若刻度盘中心O ’与载物台中心O 不重合，即存在着偏心差，假定载物台从1?转到2?， 实际转过的角度为θ，而刻度盘上的读数为1?、'1?、2?、'2?，试证明 2/)]''()[(1212????θ-+-=
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
大学物理实验教程预习思考题、分析题参考答案
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大学物理实验教程预习思考题、分析题参考答案 分享 作者：雪已被分享2次评论(0)复制链接分享转载举报 为节省大家时间，特从网上搜相关答案供大家参考！（按咱做实验顺序） ２.用模拟法测绘静电场 【预习思考题】 1．用电流场模拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要使他们满足形式相同的边界条件，则两者必定有相同的场结构。模拟的条件是：稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同；稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足σ极>>σ介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。
2．等势线和电场线之间有何关系？ 等势线和电场线处处相互垂直。 3．在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的？此处的电场线和等势线与边界有什么关系？它们对被测绘的电场有什么影响？ 在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边界。这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间中的分布特性。 【分析讨论题】 1．如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否发生变化？为什么？ 如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分布更为密集。因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，相应的电场强度就会增加。 2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？
大学物理实验教程总结
一、结 ，在恒流供电条件下，结地对地依赖关系主要取决于线性项，即正向压降几乎随温度下降而线性下降，这就是结测温地根据.文档来自于网络搜索 ，宽带材料地ＰＮ结，其高温端地线性区宽，而材料杂质电离能小地ＰＮ结，则低温端地线性区宽. ，ＰＮ结温度传感器地普遍规律：地线性度在高温端优于低温端. 二、实验 ，使原子从低能级向高能级跃迁：一定频率地光子照射，具有一定能量地电子与原子碰撞. ，原子与电子地碰撞是在管内进行地. ，段电压是管地阴极与栅极之间由于存在电位差而出现地. ，用充汞管做实验为何要开炉加热？ 使液体汞变成气体汞，相当于改变蒸汽压，使管中充满气体原子，达到实验要求 ，第一个峰地位置为何与第一激发电位有偏差？ 这是由于热电子溢出金属表面或者被电极吸收，需要克服一定地接触电势，其来源就是金属地溢出功，所以第一峰地位置会有偏差，但是两个峰对应地电势差就不会有这个偏差.文档来自于网络搜索 ，曲线周期变化与能级地关系，如果出现差异，可能地原因？ 电子与原子发生非弹性碰撞时能量地转移是量子化地. ，为什么曲线中各谷点电流随增大而增大? 随着栅极电压增加，电子能量也随之增加，在与汞原子发生碰撞后，一部分能量交给汞原子，还留下地一部分能量足够克服反向拒斥电场而达到板极，这时板极电流又开始上升.文档来自于网络搜索 三、测量Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ丝地电阻率 １，低电阻测量方法？ 电桥法，或者电流电压（伏安）法.【大电流，测电压】 本实验采用伏安法.通过小电阻与标准电阻串联，根据串联电路流过地电流相等计算Ｒ. ２，如何考虑接触电阻与接线电阻在实验中地影响？ 采用高输入阻抗地电压表测量电压. ３，什么是误差等分配原则？ 各直接测量量所对应地误差分析向尽量相等，而间接写亮亮对应地误差和合成项又满足精度地要求.（有时需要根据具体情况，对按等误差分配地误差进行调整，对测量中难以保证地误差因素应适当扩大允许地误差值，反之则尽可能地缩小允许地误差值.）文档来自于网络搜索 ４，为什么不用普通地万用表直接测量电阻地阻值？ 万用表精度不够. ５，测电阻率时，导线地粗细、长短对实验结果有误影响？ 理论来讲，导线地电阻率是其本身特性，粗细、长短并不会影响.但是在实验过程中，对直径地测量易产生误差，导线越细（直径越小），产生地误差就越大，所以实验一般选用直接稍大地裸导线.文档来自于网络搜索 四、力学量和热血量传感器 １，传感器由敏感元件和传感元件组成. ２，涡流传感器地标定曲线受哪些因素影响？ 待测表面地材料特性，感应头磁芯截面直径与与感应头与待测表面地距离., ３，为什么在应用应变片传感器经常采用半桥或全桥形式?
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
大学物理实验小论文
大学物理实验小论文 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
大学物理实验小论文 班级姓名学号 摘要：主要介绍我在本次大学物理实验中获得的知识与体会。 关键词：认识体会数据处理总结 一、对大学物理实验的认识 大学物理实验是非常重要的基础课，其目的是培养我们掌握实验的基本理论、方法和技巧；培养我们严谨的思维能力和创新精神，特别是与现代科学技术发展相适应的综合能力；培养严肃认真的工作作风和科学态度。对于我们将来独立从事实际工作是十分有必要的。 二、大学物理实验中的体会 1、养成实验前预习的好习惯。 实验时,为了在规定的时间内快速高效率地完成实验,达到良好的实验效果,需要认真地预习,才能在课上更好的学习，收获的更多、掌握的更多。根据实验教材的相关内容,弄清楚所要进行的实验的总体过程,弄懂实验的目的,基本原理,了解实验所采用的方法的关键与成功之处;思考实验可能用到的相关实验仪器,对照教材所列的实验仪器,了解仪器的工作原理,性能,正确的操作步骤,特别是要注意那些可能对仪器造成损坏的事项。然后写预习报告，包括目的,原理,仪器,操作步骤等。
2、上课时认真听老师做讲解，切记老师所讲的重点内容。 记下老师实验指导的内容有助于自己实验时避免犯错及实验报告的书写。 3、大学物理实验培养了我做事的耐心与细心。 课堂操作时需要严格的遵守实验的各项原则,要将仪器放置在合理的位置,以方便使用和确保安全。读数，需要有足够的耐心和细心，尤其是对一些精度比较高的仪器，读数一定要按照正确的读数方法并且一定要细心。对于数据的记录，则要求我们要有原始的数据记录，它是记载物理实验全部操作过程的基础性资料。 4、培养自己的动手能力。 现在，大学生的动手能力越来越被人们重视，大学物理实验正好为我们提供了这一平台。每个实验我都亲自去做，不放弃每次锻炼的机会。 三、大学物理实验数据处理 1、作图法 选取适当的自变量，通过作图可以找到反映物理量之间的变化关系，并便于找出其中的规律，确定对应量的函数关系。作图法是最常用的实验数据处理方法之一。 描绘图象的要求是：①根据测量的要求选定坐标轴，一般以横轴为自变量，纵轴为因变量。坐标轴要标明所代表的物理量的名称及单位。②坐标轴标度的选择应合适，
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23-PN结温度传感器特性
天津大学 物理实验报告 姓名： 专业： 班级： 学号： 实验日期： 实验教室： 指导教师： 【实验名称】 PN 结物理特性综合实验 【实验目的】 1. 在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律 2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数 3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流 4. 测量PN 结电压与温度关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度 5. 计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】 半导体PN 结的物理特性实验仪 资产编号：××××，型号：×××（必须填写） 【实验原理】 1．PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足： ]1)/[ex p(0-=kT eU I I (1) 当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： 0exp(/)I I eU kT = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I U -关系值，则利用(1)式可以求出 /e kT 。在测得温度T 后，就可以得到/e k ，把电子电量e 作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。 实验线路如图1所示。
2、弱电流测量 LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。 运算放大器的输入电压0U 为： 00i U K U =- (3) 式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（f R 称反馈电阻）。因而有： 00(1) i i s f f U U U K I R R -+= = (4) 由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为 00 1i f f x s U R R Z I K K = =≈+ (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即： 图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图 图2 电流－电压变换器
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(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
PN结的物理特性—实验报告
半导体PN 结的物理特性实验报告 姓名：陈晨 学号：12307110123 专业：物理学系 日期：2013年12月16日 一、引言 半导体PN 结是电子技术中许多元件的物质基础具有广泛应用，因此半导体PN 结的伏安特性是半导体物理学的重要内容。本实验利用运算放大器组成电流-电压变换器的方法精确测量弱电流，研究PN 结的正向电流I ，正向电压U ，温度T 之间的关系。本实验桶过处理实验数据得到经验公式，验证了正向电流与正向电压的指数关系，正向电流与温度的指数关系以及正向电压与温度的线性关系，并由此与计算玻尔兹曼常数k 与0K 时材料的禁带宽度E ，加深了对半导体PN 节的理解。 二、实验原理 1、 PN 结的物理特性 （1）PN 结的定义：若将一块半导体晶体一侧掺杂成P 型半导体，即有多余电子的半导体，另一侧掺杂成N 型半导体，即有多余空穴的半导体，则中间二者相连的接触面就称为PN 结。 （2）PN 结的正向伏安特性：根据半导体物理学的理论，一个理想PN 结的正向电流I 与正向电压U 之间存在关系 ①，其中I S 为反向饱和电流，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，e 为电子电量。在常温（T=300K ）下和实验所取电压U 的范围内， 故①可化为 ②，两边取对数可得 。 （3）当温度T 不变时作lnI-U 图像并对其进行线性拟合，得到线性拟合方程的斜率为e/kT ，带入已知常数e 和T ，便得玻尔兹曼常数k 。 2、反向饱和电流I s （1）禁带宽度E ：在固体物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。对一个本征半导体而言，其导电性与禁带宽度的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过禁带宽度跃迁至导带。 （2）根据半导体物理学的理论，理想PN 结的反向饱和电流Is 可以表示为 ③，代入②得 ，其中I 0为与结面积和掺杂浓度等有关的常数，γ取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取γ=3.4，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度．E 为0K 时材料的禁带宽度。两边取对数得 ，其中γlnT 随温度T 的变 化相比（eU-T ）/kT 很缓慢，可以视为常数。 （3）当正向电压U 不变时作lnI-1/T 图像并进行线性拟合，得到拟合方程斜率（eU-E ）/k ，代入已知常数便得0K 时PN 结材料的禁带宽度E ；当正向电流I 不变时作U-T 图并进行线性拟合，得到拟合直线截距E/e ，带入已知常数，便得0K 时PN 结材料的禁带宽度E 。 3、实验装置及其原理 （1）如图所示为由运算放大器组成的电流-电压变换器电路图，电压表V1测量的是正向电压U1，电压表V2测量的是正向电流I 经运算放大器放大后所对应的电压U2，分析电路后可知，正向电流I ≈U 2/R f ，其中R f 为反馈电阻。通过二极管的正向电流除了扩散电流外，还 (1)eU kT s I I e =-1 eU kT e >>eU kT s I I e =lnI lnI s eU kT =+0E kT s I I T e γ - =0eU E kT I I T e γ-=0ln lnI ln eU E I T kT γ-=++
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
大学物理实验教案5牛顿第二定律的验证
大学物理实验教案
实验名称：牛顿第二定律的验证 实验目的： 1．熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。 2．熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3．学会测量物体的速度和加速度。 4．学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。 实验仪器： 气垫导轨（L-QG-T-1500/5.8） 滑块 电脑通用计数器（MUJ-ⅡB ） 电子天平 游标卡尺 气源 砝码 实验原理： 力学实验最困难的问题就是摩擦力对测量的影响。气垫导轨就是为消除摩擦而设计的力学实验的装置，它使物体在气垫上运动，避免物体与导轨表面的直接接触，从而消除运动物体与导轨表面的摩擦，让物体只受到几乎可以忽略的摩擦阻力。利用气垫导轨可以进行许多力学实验，如测定速度、加速度、验证牛顿第二定律、动量守恒定律、研究简谐振动等。 根据牛顿第二定律，对于一定质量m 的物体，其所受的合外力F 和物体所获得的加速度a 之间存在如下关系： ma F = （1） 此实验就是测量在不同的F 作用下，运动系统的加速度a ，检验二者之间是否符合上述关系。 在调平导轨的基础上，测出阻尼系数b 后，如下图所示，将细线的一端结在滑块上，另一端绕过滑轮挂上砝码0m 。此时运动系统（将滑块、滑轮和砝码作为运动系统）所受到的合外力为： c a g m v b g m F )(00-?--= （2） 式中平均速度v （单位用s m /）与粘性阻尼常量b 之积为滑块与导轨间的粘性阻力， c a g m )(0-为滑轮的摩擦阻力，暂时不考虑这项。 在此方法中运动系统的质量m ，应是滑块质量1m ，全部砝码质量（包括砝码托）∑m 以
大学物理实验室(全12套)
大学物理实验室建设方案 一、大学实验教材： 大学物理实验教材： 《工科物理实验教程》主编李勇华科学出版社（1）该教材是兰州交通大学自编教材。总共涉及7章42个实验项目。 （2）实验教材中第一章测量误差和不确定度，第二章有效数字与数据处理，属于讲解部分，占时6节课，其余为实验部分。 （3）第六章传感器基础实验与第七章综合实验，这两部分内容在大学物理中属于自学内容，可以不开设相应实验，但可以作为兴趣实验。 二、实验内容： 第一章测定误差与不确定度的评估 第二章有效数字与数据处理 第三章力学热学，和物性参数的测定 实验一拉伸法钢丝的杨氏模量 实验二霍尔位置传感器法测量杨氏模量 实验三动态悬挂法测量金属的杨氏模量 实验四扭摆法测量转动惯量 实验五三线摆测量转动惯量 实验六弹簧振子的震动周期 实验七拉脱法测定液体表面张力系数 实验八落球法测定液体粘滞系数 实验九声速的测量 实验10 热敏电阻温度特性研究 第四章电磁量的测定 实验11 电势差计 实验12 示波器的调整与使用（一） 实验13 示波器的调整与使用（二） 实验14 线性与非线性电阻 实验15 惠更斯电桥测电阻 实验16 开尔文电桥测量金属电阻率
实验17 电场的描绘 实验18 谐振法测电感 实验20 霍尔传感器测量磁化曲线与磁滞回线 实验21 示波器测量铁磁材料的磁化曲线与磁滞回线 实验22 冲击电流计测量磁场 实验23 电磁波综合实验 实验24 非线性电路混沌实验 第五章光学参数与光测技术 实验25 薄透镜焦距的测量 实验26 望远镜与显微镜的组装 实验27 分光计的调整与使用 实验28 光栅常数的测量 实验29 菲涅尔双棱镜测激光波长 实验30 牛顿环与劈尖实验 实验31 迈克尔干涉仪 实验32 普朗克常量的测定 第六章传感器基础实验 实验33 电阻应变片特性研究 实验34 热藕片 实验35 光敏传感器的光电特性传感器 实验36 电涡传感器 第七章综合提高性实验 实验37 真空的获得与测量 实验38 类金刚石薄膜的制备 实验39 核磁共振 实验40 光泵磁共振 实验41 全息照相 实验42 ESPI散班干涉原理 三、兰交大物理实验课程安排情况： 兰交大目前开设2个专业，分别是电力工程管理、热能与动力工程。两个班的学生总数88人。
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。
实验报告半导体PN结的物理特性及弱电流测量
成都信息工程学院 物理实验报告 姓名： 石朝阳 专业： 班级： 学号： 实验日期： 2009-9-15下午 实验教室： 5102-1 指导教师： 【实验名称】 PN 结物理特性综合实验 【实验目的】 1. 在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律 2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数 3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流 4. 测量PN 结电压与温度关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度 5. 计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】 半导体PN 结的物理特性实验仪 资产编号：××××，型号：×××（必须填写） 【实验原理】 1．PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足： ]1)/[ex p(0-=kT eU I I (1) 当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： 0exp(/)I I eU kT = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I U -关系值，则利用(1)式可以求出 /e kT 。在测得温度T 后，就可以得到/e k ，把电子电量e 作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。 实验线路如图1所示。
2、弱电流测量 LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。 运算放大器的输入电压0U 为： 00i U K U =- (3) 式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（f R 称反馈电阻）。因而有： 00(1) i i s f f U U U K I R R -+= = (4) 由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为 00 1i f f x s U R R Z I K K = =≈+ (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即： 图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图 图2 电流－电压变换器
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