实验五 地磁场测定分解
实验五 地磁场测定
一．概述
地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。本仪器采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场的重要参量，通过实验可以掌握磁阻传感器定标以及测量地磁场水平分量和磁倾角的方法，了解测量弱磁场的一种重要手段和实验方法，本仪器与其他地磁场实验仪(如正切电流计测地磁场实验仪)相比具有以下优点：
1．实验转盘经过精心设计，可自由转动，方便地调节水平和铅直。内转盘相隔 180，具有两组游标，这样既提高了测量精度，又消除了偏心差。
2．新型磁阻传感器的灵敏度高达50V/T ，分辨率可达8710~10--T ，稳定性好。用本仪器做实验，便于学生掌握新型传感器定标，及用磁阻传感器测量弱磁场的方法，测量地磁场参量准确度高；
3．本仪器不仅可测地磁场水平分量，而且能测出地磁场的大小与方向，这是正切电流计等地磁场实验仪所不能达到的。
本仪器可用于高校、中专的基础物理实验、综合性设计性物理实验及演示实验。 二．仪器技术要求
1．磁阻传感器 工作电压 6V ，灵敏度50V/T 2．亥姆霍兹线圈 单只线圈匝数N=500匝，半径10cm. 3．直流恒流源 输出电流0—200.0mA 连续可调 4．直流电压表 量程0—19.99mV ，分辨率0.01mV
5．测量地磁场水平分量不确定度小于3% 6．测量磁倾角不确定度小于3% 7．仪器的工作电压AC 220±10V 三．仪器外型
FD-HMC-2型 磁阻传感器与地磁场实验仪
(以下实验讲义和实验结果由复旦大学物理实验教学中心提供)
一．简介
地磁场的数值比较小，约510-T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 二．实验原理
物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式
θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1）
其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的
长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。
HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图2所示。图2中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为
b o u t U R R U ???
?
???= (2)
图1磁阻传感器的构造示意图 图2磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压，如V U b 00.5=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外
界磁场的磁感应强度成正比关系，
KB U U out +=0 （3）
（3）式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。0U 为外加磁场为零时传感器的输出量。
由于亥姆霍磁线圈的特点是能在其轴线中心点附近产生较宽范围的均匀磁场区，所以常用作弱磁场的标准磁场。亥姆霍磁线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度为
2
/305
8
R
NI B μ=
（4）
（4）式中N 为线圈匝数，I 为线圈流过的电流强度，R 为亥姆霍磁线圈的平均半径，
0μ为真空磁导率。
四．实验装置
测量地磁场装置如图3所示。它主要包括底座、转轴，带角刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈、地磁场测定仪控制主机(包括数字式电压表、5V 直流电源等)
五．实验内容 基本实验内容
1．将磁阻传感器放置在亥姆霍兹线圈公共轴线中点，并使管脚和磁感应强度方向平
行。即传感器的感应面与亥姆霍磁线圈轴线垂直。用亥姆霍磁线圈产生磁场作为已知量，测量磁阻传感器的灵敏度K 。
2．将磁阻传感器平行固定在转盘上，调整转盘至水平(可用水准器指示)。水平旋转转盘，找到传感器输出电压最大方向，这个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量∥B 的方向。记录此时传感器输出电压1U 后，再旋转转盘，记录传感器输出最小电压2U ，由
∥KB U U =-2/21，求得当地地磁场水平分量∥B 。
3．将带有磁阻传感器的转盘平面调整为铅直，并使装置沿着地磁场磁感应强度水平分量∥B 方向放置，只是方向转900。转动调节转盘，分别记下传感器输出最大和最小
时转盘指示值和水平面之间的夹角1β和2β，同时记录此最大读数'1U 和'
2U 。由磁倾角
2/)(21βββ+=计算β的值。
4．由KB U U ='
-'2/21，计算地磁场磁感应强度B 的值。并计算地磁场的垂直分量
βsin B B =⊥。
本实验须注意：实验仪器周围的一定范围内不应存在铁磁金属物体，以保证测量结果的准确性。 六．实验数据例
亥姆霍兹线圈每个线圈匝数500=N 匝，线圈的半径cm 10r =;真空磁导率
270/104A N -?πμ＝。
亥姆霍兹线圈轴线上中心位置的磁感应强度为(二个线圈串联)
I I B 42
/372/301096.445
100.0500
10485R NI 8--?=?????==πμ 式中，B 为磁感应强度单位T (特斯拉)；I 为通过线圈的电流，单位A (安培)。
1. 上海复旦大学校园内，楼外空旷地，测量地磁场参量。 a. 测量传感器的灵敏度K
表1中，正向输出电压1U 是指励磁电流为正方向时测得的磁阻传感器产生的输出电压，而反向2U 是指励磁电流为反向时，传感器输出电压，2/)(21U U U -=。测正向和反向两次,目的是消除地磁沿亥姆霍兹线圈方向(水平)分量的影响。
表1 室外空旷地上测量传感器灵敏度
用3600-Casio 计算器进行最小二乘法拟合，得到该磁阻传感器的灵敏度
T V K /28.41=，相关系数为0.99998。(传感器工作电压取5V ，灵敏度K=41V/T,现产
品传感器采用工作电压为6V,灵敏度约50V/T)
b. 测量地磁场的水平分量//B ；地磁场的磁感应强度总B ；地磁场的垂直分量⊥B ,磁 倾角β。
方法：
(1) 将亥姆霍兹线圈与直流电源的连接线拆去。 (2) 把转盘刻度调节到角度 0=θ。
(3) 调节底板使磁阻传感器输出最大电压，同时调节底板上螺丝使转盘水平(用仪器配套的水准仪调节水平)。
(4) 测地磁场水平分量:测量输出电压//U 和反向转 180 ，测地磁场水平分量'
//U ，然后计算地磁场水平分量K U U K U B 2/)(/////////'
-==。
(5) 将转盘垂直，此时转盘面为地磁子午面方向，转动转盘角度，测量地磁场的磁感应强度总B 和磁倾角β。测量磁倾角时须改变角度，求多次测量的平均值。
表2 磁倾角β值的测量
直接测量地磁场水平分量，mV U 1.14//=，
计算得地磁场水平分量磁感应强度T B 4//10341.0-?=，
地磁场mV U 3.20＝总,计算得地磁场磁感应强度T B 410491.0－总＝?,磁倾角 46=β； 地磁场垂直分量磁感应强度,410491.0Sin B -?==βB 总T Sin 4010345.046-?=?,最新上海地区地磁场水平分量为T B 4//10331.0-?=，磁倾角为 46=β。误差小于%3。 2. 复旦大学物理楼三楼311室，测量地磁场参量。
表3 磁阻传感器的定标
用3600
37
=，相关系数为0.99998。
K/
49
.
V
Casio计算器对B
-
V-直线拟合得：T
表4地磁场测量结果Arrayβ。
测得复旦大学物理楼三楼物理实验室，磁倾角
=
47
用本仪器测量地磁场水平分量与1985年用正切电流计测量复旦大学物理楼三楼地
磁场水平分量的结果T B 4//10291.0-?=T 相当一致，这间接证明本仪器测量结果是准确的。
关于正切电流计测量地磁场水平分量的实验方法和测量结果，请见贾玉润等主编，大学物理实验，复旦大学出版社，1987：256-258，结果在258页[例]中列出。
表5 不同位置及不同结构大楼地磁场水平分量测量结果
六．实验注意事项
1．测量地磁场水平分量，须将转盘调节至水平；测量地磁场总U 和磁倾角β时，须将转盘面处于地磁子午面方向。
2. 测量磁倾角应记录不同β时，传感器输出电压总U ，应取10组β值，求其平均值。
这是因为测量时，偏差 1，总总总U Cos U U 998.01=='
变化很小，偏差 4，总总总U Cos U U 998.04=="
,所以在偏差 1至 4范围总U 变化极小，实验时应测出总U 变
化很小β角的范围，然后求得平均值β。 七．思考题
1．磁阻传感器和霍耳传感器在工作原理和使用方法方面各有什么特点和区别？
2．如果在测量地磁场时，在磁阻传感器周围较近处，放一个铁钉，对测量结果将产生什么影响？
3．为何坡莫合金磁阻传感器遇到较强磁场时，其灵敏度会降低？用什么方法来恢复其原来的灵敏度？
八．参考资料
1．贾玉润、王公治、凌偑玲主编。大学物理实验，上海复旦大学，1987：492-493 2．鲁绍曾、现代计量学概论。北京，中国计量出版社，1987：492-493
3．黄一菲、郑神、吴亮、陆申龙，玻莫合金磁阻传感器的特性研究和应用、物理实验。
第22卷第4期，2002 ，4：45-48
4．Honeywell公司，固态传感器(磁阻传感器部分)说明书，2001
5．沈元华、陆申龙主编，基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003
6．黄德星。磁敏感器件及其应用[M]。北京：科学出版社，1987
7．里夫、王秀琴等编著，常用物理常数手册、云南人民出版社、1983、10：157－158
附录1:地磁场
地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存在着磁场，叫做地磁场。地磁场的强度和方向随地点(甚至随时间)而异。地磁场的北极、南极分别在地理南极、北极附近，彼此并不重合，如图5所示，而且两者间的偏差随时间不断地在缓慢变化。地磁轴与地球自转轴并不重合，有011交角。
在一个不太大的范围内，地磁场基本上是均匀的，可用三个参量来表示地磁场的方向和大小(如图6所示)：
(1) 磁偏角α，地球表面任一点的地磁场矢量所在垂直平面(图6中//B 与Z 构成的平面，称地磁子午面)，与地理子午面(图6中X 、Z 构成的平面)之间的夹角。
(2) 磁倾角β，磁场强度矢量B 与水平面(即图6的矢量B
和OX 与OY 构成平面的夹
角)之间的夹角。
(3) 水平分量//B ，地磁场矢量B
在水平面上的投影。
测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场B 矢量的方向和大小。当然这
三个参量的数值随时间不断地在改变，但这一变化极其缓慢，极为微弱。附录2:我国一些城市的地磁参量(地磁要素)
上海复旦天欣科教仪器有限公司FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪
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光电效应测普朗克常数-实验报告要点
光电效应测普朗克常数-实验报告要点
综合、设计性实验报告 年级***** 学号********** 姓名**** 时间********** 成绩_________
一、实验题目 光电效应测普朗克常数 二、实验目的 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律； 2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法； 3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。 三、仪器用具 ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光电管、测试仪 四、实验原理 1、光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象， 爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为的光波，每个光子的能 量为 式中，为普朗克常数，它的公认值是=6.626 。 按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程： （1） 式中， 为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初 速度，为被光线照射的金属材料的逸出功， 2 2 1 mv 为从金属逸出的光电子的
最大初动能。 由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位0 U 被称为光电效应的截止电压。 显然，有 （2） 代入（1）式，即有 （3） 由上式可知，若光电子能量W h <γ，则不能产生光电子。产生光电效应的最 低频率是h W = 0γ，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功， 因而 0γ也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强 度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子γ的频率成正比，，将（3）式改写为 （4） 上式表明，截止电压 U 是入射光频率γ的线性函数，如图2，当入射光的频 率 0γγ=时，截止电压00=U ，没有光电子逸出。图中的直线的斜率 e h k = 是一 个正的常数： （5） 由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的 γ -0U 曲线，并求出此曲线的 斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数h 。其中 是电子的电 量。
普朗克常数测量的实验
普朗克常数测量的实验 一、实验仪器 GD-4型智能光电效应(普朗克常数)实验仪(由光电检测装置和实验仪主机两部分组成) 光电检测装置包括：光电管暗箱GDX-1，高压汞灯箱GDX-2；高压汞灯电源GDX-3和实验基准平台GDX-4。 二、实验目的 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律； 2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法； 3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。 三、实验原理 1、普朗克常数的测定 根据爱因斯坦的光电效应方程： P s E hv W =- （1） (其中：P E 是电子的动能，hv 是光子的能量，v 是光的频率，s W 是逸出功, h 是普朗克常量。) s W 是材料本身的属性，所以对于同一种材料s W 是一样的。当光子的能量s hv W <时不能产 生光电子，即存在一个产生光电效应的截止频率0v （0/s v W h =） 实验中：将A 和K 间加上反向电压KA U (A 接负极),它对光电子运动起减速作用.随着反向电压KA U 的增加,到达阳极的光电子的数目相应减少,光电流减小。当KA s U U =时，光电流降为零，此时光电子的初动能全部用于克服反向电场的作用。即 s P eU E = （2） 这时的反向电压叫截止电压。入射光频率不同时，截止电压也不同。将（2）式代入（1）式， 得 0s h U v v e =-（） （3） （其中0/s v W h =）式中h e 、都是常量，对同一光电管0v 也是常量，实验中测量不同频率下的s U ，做出s U v -曲线。在（3）式得到满足的条件下，这是一条直线。 若电子电荷e ，由斜率h k e = 可以求出普朗克常数h 。由直线上的截距可以求出溢出功s W ，由直线在v 轴上的截距可以求出截止频率0v 。如图（2）所示。
实验五 地磁场测定
实验五 地磁场测定 一．概述 地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。本仪器采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场的重要参量，通过实验可以掌握磁阻传感器定标以及测量地磁场水平分量和磁倾角的方法，了解测量弱磁场的一种重要手段和实验方法，本仪器与其他地磁场实验仪(如正切电流计测地磁场实验仪)相比具有以下优点： 1．实验转盘经过精心设计，可自由转动，方便地调节水平和铅直。内转盘相隔ο180，具有两组游标，这样既提高了测量精度，又消除了偏心差。 2．新型磁阻传感器的灵敏度高达50V/T ，分辨率可达8710~10--T ，稳定性好。用本仪器做实验，便于学生掌握新型传感器定标，及用磁阻传感器测量弱磁场的方法，测量地磁场参量准确度高； 3．本仪器不仅可测地磁场水平分量，而且能测出地磁场的大小与方向，这是正切电流计等地磁场实验仪所不能达到的。 本仪器可用于高校、中专的基础物理实验、综合性设计性物理实验及演示实验。 二．仪器技术要求 1．磁阻传感器 工作电压 6V ，灵敏度50V/T 2．亥姆霍兹线圈 单只线圈匝数N=500匝，半径10cm. 3．直流恒流源 输出电流0—200.0mA 连续可调 4．直流电压表 量程0—19.99mV ，分辨率0.01mV
5．测量地磁场水平分量不确定度小于3% 6．测量磁倾角不确定度小于3% 7．仪器的工作电压AC 220±10V 三．仪器外型
FD-HMC-2型 磁阻传感器与地磁场实验仪 (以下实验讲义和实验结果由复旦大学物理实验教学中心提供) 一．简介 地磁场的数值比较小，约510-T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 二．实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1） 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的
光电效应和普朗克常量的测定-实验报告
光电效应和普朗克常量的测定 创建人：系统管理员总分：100 实验目的 了解光电效应的基本规律，学会用光电效应法测普朗克常量；测定并画出光电管的光电特性曲线。 实验仪器 水银灯、滤光片、遮光片、光电管、光电效应参数测试仪。 实验原理 光电效应： 当光照射在物体上时，光子的能量一部分以热的形式被物体吸收，另一部分则转换为物体中一些电子的能量，是部分电子逃逸出物体表面。这种现象称为光电效应。爱因斯坦曾凭借其对光电效应的研究获得诺贝尔奖。在光电效应现象中，光展示其粒子性。 光电效应装置： S为真空光电管。内有电极板，A、K极板分别为阳极和阴极。G为检流计（或灵敏电流表）。无光照时，光电管内部断路，G中没有电流通过。U为电压表，测量光电管端电压。 由于光电管相当于阻值很大的“电阻”，与其相比之下检流计的内阻基本忽略。故检流计采用“内接法”。 用一波长较短（光子能量较大）的单色光束照射阴极板，会逸出光电子。在电源产生的加速电场作用下向A级定向移动，形成光电流。显然，如按照图中连接方式，U越大时，光电流
I 势必越大。于是，我们可以作出光电管的伏安特性曲线，U=I 曲线关系大致如下图： 随着U 的增大，I 逐渐增加到饱和电流值IH 。 另一方面，随着U 的反向增大，当增大到一个遏制电位差Ua 时，I 恰好为零。此时电子的动能在到达A 板时恰好耗尽。 光电子在从阴极逸出时具有初动能2 2 1mv ，当U=Ua 时，此初动能恰好等于其克服电场力所做的功。即： ||2 12 a U e mv = 根据爱因斯坦的假设，每粒光子有能量hv =ε。式中h 为普朗克常量，v 为入射光波频率。 物体表面的电子吸收了这个能量后，一部分消耗在克服物体固有的逸出功A 上，另一部分则转化为电子的动能，让其能够离开物体表面，成为光电子。 于是我们得到爱因斯坦的光电效应方程：A m hv += 2 v 2 1 由此可知，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与光强度无关。（光强度只对单位时间内逸出物体表面的光电子的个数产生影响） 光电效应的光电阈值： 红限：当入射光频率v 低于某一值0v 时，无论用多强的光照都不会发生光电效应。由光电效应方程易得这个频率h A v /0=，称为红限。 测量普朗克常量的方法： 用光波频率为的单色光照射阴极板，测量其遏制电位差Ua 。 于是有： A U e hv a +=|| 所以： e A v -= e h |U |a 这表明了截止电压|U |a 和光波频率v 成正比。 实验中获得单色光的方法： 使用水银灯发出稳定白光作为光源，再使用不同颜色的滤光片罩在光电管的入光口以得到相应颜色的单色光，还可以使用不同透光度的遮光片罩在水银灯的出光口以得到不同强度的
大学物理实验 光电效应测量普朗克常量
实验题目:光电效应测普朗克常量 实验目的: 了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理: 当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分 则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电 效应，逸出的电子称为光电子。 光电效应实验原理如图1所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后， 光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。 当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv 2 2 1 (1） 每一光子的能量为hv ，光电子吸收了光子的能量hν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知:A mv hv 2 2 1 （2） 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v 时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， h A v 0，ν0称为红限。 由式（1）和（2）可得：A U e hv 0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分 别做光源时，就有:A U e hv 11,A U e hv 22,…………,A U e hv n n ,
地磁场测量的意义
地磁测量的重要意义 地磁场的特点 由于地球本身具有磁性，所以地球及附近的空间存在着磁场, 这个磁场就是地磁场。地磁场是地球的基本资源之一，与人类生活息息相关，它在地球科学、航空航天、资源探测、交通通讯、国防建设、地震预报等领域有着重要的应用。正是因为地磁场有如此重要应用价值，人们对地磁场的测量又迫切的需求。因此，磁场的测量已成为热点课题之一[1]。可以将地磁场近似地看作是地球中心有一个磁铁棒放，它的Ｎ极大体上对着南极，从而产生的磁场，其磁感线性状如图1.1所示。事实上，地球磁场的产生是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。 图1.1 地球磁场示意图 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们是不同的两种磁场。基本磁场是地磁场的主要组成部分，它源于地球的内部，相对来说比较稳定，变化缓慢。变化磁场起源于地球外部，并且很微弱[2]。 地磁场是一个向量场。常用的地磁参量有7个，即地磁场总强度F，地磁场的水平强度H，垂直强度Z，X和Y分别为水平强度的北向和东向分量，D和I 分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。
在地磁场观测中，通常用三个参量来表示地磁场的方向和大小： (1)磁偏角A，即地球表面任一点的地磁场磁感应强度矢量B所在的垂直平面（地磁子午面）与地理子午面之间的夹角； (2) 磁倾角Φ，即地磁场磁感应强度矢量B与水平面之间的夹角； (3) 地磁场磁感应强度的水平分量B，即地磁场磁感应强度矢量B在水平面 上的投影[3]。 地磁场的重要应用 地磁场数值较小约0. 5 ×10- 4T，其强度与方向也随地点而异。地磁场被视 为地球的一种重要的天然磁源，它在国家科研中有着重要用途。在地球科学的研究中，作为以地球系统的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，研究和掌握地磁场的固有特性及其变化规律是地球科学研究的重要内容。在交通运输方面，可以通过检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化来反应车辆本身的特点及运动情况[4]。 除此之外，地磁还可以用于石油定向斜井钻井中；在海洋中，进行地磁测量可以保证航海的安全、海洋工程建设及了解海底构造；在陆地上，人们通过大规模的地磁测量及分析地磁偏角的变化去测定强磁性铁矿床、弱磁性铁矿床以及铜、镍、铬、金刚石等各种矿石的分布；在科学研究方面，地磁测量有助于人类了解地球的成因和延边过程，掌握火山的活动规律，地震预报等[5]；在军事上，可以作为战场环境重要参数对军事斗争的前期准备、部队战斗力的发挥都具有重要意义。 目前国内外在石油开采中，大都利用地磁测量和地磁偏角进行地下储油分布及及其构造的探测。 虽然人们天天生活在地球磁场的影响下，但是我们却无法靠自身的五官来感受和估计地磁场的大小和方向。所以利用地球磁场固有特点，设计和制备应用于地磁测量的磁性传感器，这对于地球科学、航天航空、资源探测、交通运输、空间天气、测绘等诸多技术领域都拥有巨大的应用价值。
利用光电效应测普朗克常数实验步骤
1 利用光电效应测普朗克常数 注意事项 1.灯和机箱均要进行预热20分钟。 2.汞灯不宜频繁开关。 3.不要直接观看汞灯。 4.行测量时，各表头数值请在完全稳定后记录，如此可减小人为读数误差。 实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。2．测量普朗克常数。 实验原理 光电效应是指一定频率的光照射在金属表面上时，会有电子从金属表面溢出的现象。光电效应实验原理如右图所 示。图中A、K组成抽成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。当一定频率ν的光射到金属材料做的阴极K上，就有光 电子逸出金属。若在A、K两端加上电压U AK后，光电子将由K定向地运动到A，在回路中就形成光电流I。改变外加电 压U AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。 光电流随着加速电位差U AK的增加而增加，加速电位差加到一定量值后，光电流达到饱和值I h，饱和电流与光强 成正比，而与入射光的频率无关。当U AK =U A －U K变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个截止电压U0存在， 当电压达到这个值时，光电流为零，截止电压U0同入射光的频率成正比，如右图所示。 由爱因斯坦光电效应方程：hν=mV2/2+A和eU0= mV2/2，可以得到hν=eU0+A，只要用实验的方法得到不同的频率对 应的截止电压，求出斜率，就可以算出普朗克常数 实验步骤 （一）测试前准备 1、将测试仪及汞灯电源接通，预热20分钟。把汞灯及光电管遮光盖盖上，将汞灯光输出口对准光电管光输入口，调整光电管与汞灯距离为30cm（实验中不能移动该位置）。 2、测试前调零：在未连接光电流输入与光电流输出的情况下，将“电流量程”选择开关打在10－13档，旋转“电流调零”旋钮，使电流指示为000。（注意：调零后“电流调零”旋钮不能再改变，只改变“电压调节”旋钮）. ’.
光电效应及普朗克常数的测定预习提纲
光电效应及普朗克常数的测定预习提纲 1、实验任务 （1）用光电效应仪测普朗克常数；（必做） （2）光强（光阑孔直径的大小）对普朗克常数测定影响的研究。（选做）2、实验原理 （1）截止电压与截止频率？ （2）如何确定不同频率下的截止电压？ （3）光电子的能量随光强变化吗？ （4）光电流的大小随光强变化吗？ （5）如何从光电管的U-I特性图上利用“拐点法”确定“截止电压”？ （6）如何利用“线性函数”图像求出普朗克常数？ 3、操作规范 （1）汞灯开启直至实验结束、数据签字后方能关闭； （2）操作时，室内人员请勿讲话和走动，以免影响实验数据； （3）仪器不用时，将镜头盖盖上，关掉电源开关。 4、数据处理表格设计 表格设计： 不同频率下的伏安特性曲线 （数据仅仅供参考，每位同学的仪器数据都不同） 光阑孔直径Φ= 10.00×10-3m；距离： L=27.13×10-2 m ； 电压值量程：-3.14—+3.14 V；电流值放大倍率×10-5A 数据处理：（两种方法选一种） （1）利用坐标纸： 根据实验数据在坐标纸上画出每个频率下的伏安特性曲线，并找出相应的
截止电压、作出截止电压——频率图，找出斜率k，再根据公式h=ek 求出普朗克常数。 （2）利用电脑： 将实验数据输入在Excel表格中，点击“图表向导”作出每个频率下的伏安特性曲线图形，确定截止电压；再利用截止电压——频率数据作出截止电压——频率图，鼠标指向图线，按鼠标“右键”，点击“添加趋势线”，在“类型”中选则“线性（L）”，在“选项”中选“显示公式（E）”，在显示图形上，可直接确定斜率的大小，根据公式h=ek 求出普朗克常数。 （3）不确定度的处理方法 在Excel中选：4个空格→fx→统计→Linest(双击) →分别在表格最上的1、2两行中，填入原始数据（截止电压、频率）；在3、4两行中，分别填入true、true→(Ctrl+Shift+Enter),则第一列第一行为斜率拟合值，第一列第二行为斜 光阑孔直径Φ=10.00×10-3m；距离： L=27.13×10-2 m；
实验报告磁阻传感器和地磁场的测量
实验报告磁阻传感器和 地磁场的测量 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
磁阻传感器和地磁场的测量 一． 实验目的 掌握磁阻传感器的特性。 掌握地磁场的测量方法。 二．实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图6-8-1所示。薄膜的电阻率 )(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图6-8-2所示，图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电 阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???=
实验报告磁阻传感器和地磁场的测量
磁阻传感器和地磁场的测量 一．实验目的 掌握磁阻传感器的特性。 掌握地磁场的测量方法。 二．实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图6-8-1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。
HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图6-8-2而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???= 磁阻传感器的构造示意图 磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压，如V V b 00.6=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0 上式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。0U 为外加磁场为零时传感器的输出量。 由于亥姆霍兹线圈的特点是能在其轴线中心点附近产生较宽范围的均匀磁场区，所以常用作弱磁场的标准磁场。亥姆霍兹线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度为：I R NI B 42 /301096.445 8 -?== μ 上式中N 为线圈匝数（500匝）；亥姆霍兹线圈的平均半径cm R 10=；真空磁导率270/104A N -?=πμ。
光电效应测普朗克常数-实验报告
综合、设计性实验报告 年级 ***** 学号********** 姓名 **** 时间********** 成绩 _________
一、实验题目 光电效应测普朗克常数 二、实验目的 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律； 2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法； 3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。 三、仪器用具 ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光电管、测试仪 四、实验原理 1、光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为的光波，每个光子的能量为 式中，为普朗克常数，它的公认值是 = 。 按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程： （1）式中，为入射光的频率，为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。 显然，有 （2）代入（1）式，即有 （3）由上式可知，若光电子能量，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一
地磁场的测定
地磁场的测定 行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播。当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。所以我们研究小组将对地磁场进行一系列的测定。下面我先对地磁场进行一些简单的介绍： 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球内部，相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。大量的事实和证据表明，地磁场的磁极曾经互换过。 地磁场不是毫无变化的，它的强度与地磁极位置会改变。科学家发现，地磁极会周期性地逆反定向，这过程称为地磁反转。最近一次的反转是大约78万年前的布容尼斯－松山反转（Brunhes–Matuyama reversal）。对于澳大利亚红英安岩和枕状玄武岩的古地磁学（paleomagnetism）研究发现，地磁场的存在，估计至少已有35亿年之久[1]。地磁场会在太空与太阳风和其它带电粒子群流互相作用，因而形成磁层。地球磁层并不是球状的，在面对太阳的一面，其边界离地心的距离约为七万千米（随太阳风强度的不同而变化）。 磁极的位置 特性 地表上的地磁场强度并不均匀，强度因地理位置而有所变化：从0.3高斯（南美地区和南非）到0.6高斯（加拿大的磁北极附近，澳大利亚南部和一部分西伯利亚地区）。 地磁场类似磁铁棒，但是这种相似只是粗略的。磁铁棒或是其它永久磁铁的磁场是由于铁原子中的电子有序的运动而形成的。然而，地核的温度高于居里点（铁的居里点：绝对温度1043K），铁原子的电子轨道的方向会变得随机化，这样的
光电效应测量普朗克常量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除光电效应测量普朗克常量实验报告 篇一：光电效应测普朗克常量实验报告 三、实验原理1.光电效应 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便获得这光子的全部能量hv，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功w，电子就会从金属中逸出。按照能量守恒原理有： （1） 上式称为爱因斯坦方程，其中m和?m是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面 后所具有的最大动能。它说明光子能量hv小于w时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率v0=w/h，称为光电效应的极限频率（又称红限）。不同的金属材料有不同的脱出功，因而υ0也
是不同的。由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位 被称为光电效应的截止电压。 显然，有 代入（1）式，即有 （3） 由上式可知，若光电子能量 ，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是 （2） ，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子ν的频率成正比，，将（3）式改写为 （4） 上式表明，截止电压 是入射光频率ν的线性函数，如图2，当入射光的频率 时，
地磁场测定实验
地磁场的测量 一、实验目的 1．掌握坡莫合金磁阻传感器的定标 2．测量地磁场水平分量和磁倾角的方法 二、实验仪器 FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪 三、实验原理 地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。地磁场的数值比较小，约5 10 T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事，工业，医学，探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高，易安装，因而在弱磁测量方面有广泛应用前景。 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁，钴，镍及合金等磁性金属，当外加磁场平行与磁体部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各相异性磁阻效应。
HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金（铁镍合金）制成一维磁阻微电 路集成芯片（二维和三维磁阻传感器可以测量二维和三维磁场）。它利用通常的 半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系公式 θρρρθρ2//cos )()(⊥⊥-+= 其中//ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会发生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分（当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系），使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 型磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器部结构如图2所示。图2中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为 铝合金带玻莫合金薄膜外加磁场电流 θＩ Ｍ外加磁场–+ Vout 偏置磁场 R +△R R +△R R -△ R R -△R Vb 图1 磁阻传感器的构造示意图 图2 磁阻传感器内的惠斯通电桥
(整理)光电效应法测量普朗克常量
实验简介 1905年，年仅26岁的爱因斯坦（A.Einstein）提出光量子假说，发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论，10年后被具有非凡才能的物理学家密里根（Robert Millikan）用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展，他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。 光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在解释光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。 本实验的目的是了解光电效应基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理 当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A 为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示。
?光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电 流达到饱和值，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 ?光电子的初动能与入射光频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子在逆着电场力方 向由K极向A极运动。当时，光电子不再能达到A极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。即 (1) 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光 粒子称为光子。每一光子的能量为，其中为普朗克常量，为光波的频 率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知
磁阻传感器与地磁场测量
磁阻传感器与地磁场测量 Ⅰ. 关于地磁场的简介 地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存在着磁场，称为地磁场。地磁场的强度和方向随地点不同(甚至随时间)而不相同。地磁场的北极、南极分别在地理南极、北极附近，彼此并不重合，如图1所示，而且两者间的偏差随时间不断地在缓慢变化。地磁轴与地球自转轴并不重合，大约有11°交角。 在一个不太大的范围内，地磁场基本上是均匀的，可用三个参量来表示地磁场的方向和大小(如图2所示)： 图1 地理南、北极与地磁南、北极 图2 地磁场的磁偏角、磁倾角和水平分量 (1) 磁偏角α，地球表面任一点的地磁场矢量所在垂直平面(图2中//B 与z 构成的平面，称地磁子午面)，与地理子午面(图2中x 、z 构成的平面)之间的夹角。 (2) 磁倾角β，磁场强度矢量B 与水平面(即图2的矢量B 和Ox 与Oy 构成平面的夹角)之间的夹角。 (3) 水平分量//B ，地磁场矢量B 在水平面上的投影。 测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场B 矢量的方向和大小。当然这三个参量的数值随时间不断地在改变，但这一变化极其缓慢，极为微弱。 Ⅱ. 本实验的方法介绍 一． 实验方法 利用磁阻传感器测量弱磁场的方法，实现地磁场水平分量的测量，并测出地磁场的大小与方向。 二． 实验所用的设备及材料
磁阻传感器与地磁场实验仪。 三． 实验的构思及原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 磁阻传感器由长而薄的玻莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图3所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式： θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1） 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分（当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系），使磁阻传感器输出显示线性关系。 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图4所示。图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为 ： b out U R R U ??? ? ???= (2) 图3 磁阻传感器的构造示意图 图4磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压b U ，磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系： KB U U out +=0 （3） （3）式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。0U 为外加磁场为零时传感器的
利用光电效应测普朗克常数实验步骤
利用光电效应测普朗克常数 注意事项 1.灯和机箱均要进行预热20分钟。 2.汞灯不宜频繁开关。 3.不要直接观看汞灯。 4.行测量时，各表头数值请在完全稳定后记录，如此可减小人为读数误差。 实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。2．测量普朗克常数。 实验原理 光电效应是指一定频率的光照射在金属表面上时，会有电子从金属表面溢出的现象。光电效应实验原理如右图所示。图中A 、K 组成抽成真空的光电管，A 为阳极，K 为阴极。当一定频率ν的光射到金属材料做的阴极K 上，就有光电子逸出金属。若在A 、K 两端加上电压U AK 后，光电子将由K 定向地运动到A ，在回路中就形成光电流I 。改变外加电压U AK ，测量出光电流I 的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。 光电流随着加速电位差U AK 的增加而增加，加速电位差加到一定量值后，光电流达到饱和值I h ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U AK =U A －U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个截止电压U 0存在，当电压达到这个值时，光电流为零，截止电压U 0同入射光的频率成正比，如右图所示。 由爱因斯坦光电效应方程：hν=mV 2 /2+A 和eU 0= mV 2 /2，可以得到hν=eU 0+A ，只要用实验的方法得到不同的频率对应的截止电压，求出斜率，就可以算出普朗克常数 实验步骤 （一）测试前准备 1、将测试仪及汞灯电源接通，预热20分钟。把汞灯及光电管遮光盖盖上，将汞灯光输出口对准光电管光输入口，调整光电管与汞灯距离为30cm （实验中不能移动该位置）。 2、测试前调零：在未连接光电流输入与光电流输出的情况下，将“电流量程”选择开关打在10－13 档，旋转“电流调零”旋钮，使电流指示为000。（注 意：调零后“电流调零”旋钮不能再改变，只改变“电压调节”旋钮）. 3、用专用连接线将光电管电压输入端与测试仪电压输出端（后面板上）连接起来（红－红，黑－黑）. 4、用高频匹配电缆将光电管暗箱电流输出端与测试仪的微电流输入端连接.
用磁阻效应测量地磁场
用磁阻效应测量地磁场 地磁场的数值比较小，约10－5 T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特征及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 一、实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 本实验所用得HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金（铁镍合金）制成一维磁阻微电路集成芯片（二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场）。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率ρ（θ）依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式 2()()cos ρθρρρθ⊥⊥=+-P （1） 其中ρP 、ρ⊥分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分（当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系），使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图2所示。图2中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压U out 可以用下式表示为 out b R U U R ???=? ??? （2） 图1 磁阻传感器的构造示意图 图2 磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压，如U b =5.00V ，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压U out 与外界磁场的磁感应强度成正比关系：
光电效应法测普朗克常量 实验报告
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 实验题目：光电效应法测普朗克常量 实验目的：1.了解光电效应的基本规律； 2.用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理：当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。 1．光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I H，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U A-U K变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2．光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A极运动。当U=U a时，光电子不再能达到A极，光电流为零。所以电子的初动
能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv =2 2 1 （1） 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv +=2 2 1 （2） 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2），h A v = 0，ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得：A U e hv +=0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分别做光源时，就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --= )( （3） 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。