大学物理实验报微小长度的测量

姓名：学号：专业：日期：王硕

2013402020107 过程装备与控制工程 5/31/2014

实验题目：微小长度的测量

目的要求：

1. 了解霍尔效应的原理

2. 应用霍尔效应进行微小长度的测量 实验仪器与试剂：

亥姆霍兹线圈、材质均匀的铁块、导线、电压表、电流表、电源、开关、电阻箱 实验原理：

霍尔效应的本质是：固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。当洛伦磁力fB、f电场力、fE相等时，电荷的积累达到动态平衡，这时在薄片两侧面D、D’之间所建立的电场EH称为霍尔电场，相应的电压UH称为霍尔电压，这样的现象称为霍尔效应。

利用亥姆霍兹线圈产生近似均匀的磁场，亥姆霍兹线圈是由两个相同的线圈同轴放置，其中心间距等于线圈的半径。将两个线圈通以同向电流时，磁场叠加增强，并在一定区域形成近似均匀的磁场；通以反向电流时，则叠加使磁场减弱，以至出现磁场为零的区域。利用其产生的近似均匀的磁场作为产生霍尔效应的磁场，

如图连接材质均匀的铁块、导线、电压表、电流表、电源、开关、电阻箱。

实验内容：

1. 如图所示连接各个部件，闭合电路，将连接好的电路按照图中所示的方案放置到亥姆霍兹线圈产生近似均匀的磁场中去。已知磁场强度B。 2. 待电路中电流表稳定后,读取两只表示数，并记录，适当调节电阻箱使得主干路电流表示数发生变化，并再次读出两只表示数 3. 重复上述操作（共六组数据） 实验现象、结果记录及整理： 次数 电流表读数（A） 电压表读数（v） 1 2 3 4 5 6

已知B=

通过数据处理

qvB=Eq又因为 E=U/d

即可求得d的长度，从而实现测量铁块边长。 讨论和思考：

物理实验中的放大法把待测物理量按一定的规律加以放大,再进行测量的方法称为放大法。放大法是常用的基本测量方法之一,它分为累计放大法、机械放大法、电磁放大法和光学放大法。

1、累计放大法在待测物理量能够简单重叠的条件下,将它展延若干倍,再进行测量的方法,称为累计放大法。例如,欲测量均匀细丝的直径,可在一根光滑的圆柱体上密绕100匝,测出其密布的长度,再求出细丝的直径;又如在用单摆法测重力加速度的实验中,用秒表测量摆动的周

期时,是测出50次摆动的总时间,再求出单摆的周期。累计放大法的优点是在不改变待测量性质的情况下,将待测量展延若干倍后进行测量,从而增加测量结果的有效数字位数,减小测量值的相对误差,提高测量的精度。在使用累计法放大时,要注意两点:一是在展延过程中待测量不能发生变化;二是在展延过程中应努力避免引入新的误差(如细丝密绕时中间出现的间隙)。 2、机械放大法利用机械部件之间的几何关系,使标准单位量在测量过程中得到放大的方法,称为机械放大法。机械放大法可以提高测量仪器的分辨率,增加测量结果的有效数字位数。例如螺旋测微器利用螺杆鼓轮(微分筒)机构,使仪器的最小刻度从1mm变为0.01mm,从而提高测量精度。又如在分光计读数盘的设计中,为了提高仪器的测量精度,采用两种方法:一是增大刻度盘的半径,因为刻度盘的半径越大,仪器的分辨率会越高;二是应用游标的读数原理,增设游标读数装置。再如百分表和千分表,是将被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮传动放大,变为指针在刻度盘上的转动,从而读出被测尺寸的大小。

3、电磁放大法要对微弱的电信号(电流、电压或功率)有效地进行观察和测量, 常借助于电子学中的放大线路。例如在用光电效应法测量普朗克常量的实验中,就是将微弱的光电流通过微

电流测量放大器放大后,进行测量的;在示波器的使用中,利用示波管将电信号放大,使电信号不仅能定性的观察,而且能定量的测量,同时还具直观显示的优点。

4、光学放大法光学放大法有两种,一种是使待测物通过光学仪器形成放大的象,便于观察判别。例如常用的测微目镜、读数显微镜等。另一种是通过测量放大后的物理量,间接测得本身较小的物理量。例如在用拉伸法测金属的杨氏弹性模量中,利用光杠杆法测量金属丝在受到应力后,长度发生的微小变化。光杠杆法是一种常用的光学放大法,它不仅可以测长度 的微小变化,也可以测角度的微小变化。直流复射式检流计就是一个典型的例子,所谓“复射”,是指这种检流计作为“光指针”的光线不是一次反射,而是多次的反射后才投影到标尺上,从而达到延长“光指针”长度,放大线圈偏转角度,提高灵敏度的目的。