另外， 当声源和介质以相同的速度和方向运动时， 接收器收到的频率不变（从定性的分析即可得到这一点结论）。 本实验重点研究第二种情况， 即声源和介质不动， 接收器运动。 设接收器运动速度为vr，根据1.2 式可知，改变vr就可得到不同的fr，从而验证了多普勒效应。另外，若已知vr、f，并测出fr，则可算出声速c0，可将用多普勒频移测得的声速值与用时差法测得的声
速作比较。若将仪器的超声 换能器用作速度传感器，就可用多普勒效应来研究物体的运动状态。 2、 声速的几种测量原理 2.1超声波与压电陶瓷换能器 频率高于20khz的声波称为超声波，超声波的传播速度等于声波的传播速度，而超声波
具有波长短，易于定向发射等优点， 故实验中采用超声波来验证多普勒效应。 本实验使用的压电陶瓷换能器为纵向换能器， 即能够将轴向的机械振动转换为电压的变
化并输出。 右图为其结构示意简图 2.2时差法测量原理 连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间后，到达l距离处的接收换能器。显然声波在介质中传播的速度v=l/t。 测量过程中发射与
接收端的显示波形如下： 步骤与操作方法： 1. 时差法测声速 1.1 通过调节滚花帽， 将接收换能器调到距发射换能器12cm处，记录接收换能器接收
到的脉冲信号与原信号时间差。 1.2将接收换能器分别调至12cm、13cm??19cm处，分别记录各位置时间差。（注意避开
时间不稳定的区域， 使用稳定的区域进行测量） 2. 多普勒法测声速瞬时法测声速 2.1 从主菜单进入多普勒效应实验 2.2 将接收换能器调到约75cm处，设置源频率使接收端的感应信号幅值最大（谐振状态） 2.3 返回多普勒效应菜单，点击瞬时测量。 2.4 按下智能运动控制系统的set键，进入速度调节状态→按up直至速度调节到0.450m/s 2.5 按set键确认→再按run/stop键使接收换能器运动。 2.6 记录“测量频率”
的值，按dir改变运动方向，再次测量。 3. 反射法测声速 用发射发测声速时，反射屏要远离两换能器，调整两换能器之间的距离、两换能器和反射屏之间的夹角θ以及垂直距离l，如左下图所示，使数字示波器（双踪，由脉冲波触发）接收到稳定波形。利用数字示波器观察波形，通过调节示波器使接受波形的某一波头bn的波峰处在一个容易辨识的时间轴位置上，然后向前或向后水平调节反射屏的位置，使移动△l，记下此时示波器中选定的波头bn在时间轴上移动的时间△t，如右下图所示，从而得出声速值c0
反射屏 θl θ
发射换能器
接受换能器 根据几何关系， 可以得到声速的计算表达式为： c0?
?x2?l
? ?t?t?sin? t （m/s）， t 273.16
多次测量后， 与理论给出值比较： c0?331.? 4. 利用已知声速测物体移动速度 4.1 从主菜单进入变速运动实验，将采样步距改为50ms 。 4.2 长按智能运动控制系统的set键，使其进入acc1变速运动模式，再按run/stop键
使接收换能器变速运动。 4.3 点击“开始测量”由系统记录接收到信号的频率（如半分钟后曲线仍未出现，则需重新调节谐振频率）。再按run/stop键停止变速运动。 4.4 点击“数据”记录实验数据。计算接收换能器的最大运行速度，画出相应v?t曲线。 数据记录与处理： 1. 时差法测声速 实验数据 2. 多普勒法侧声速 实验数据 f0=37340hz f+=37390hz, vr+=+0.449m/s; f-=37291hz, vr-=-0.449m/s 3. 已知声速求运动物体速度 实验数据 而在160个完整的采样数据中， 最大和最小频率分别为： fmax=37373hz fmin=37309hz 篇四：霍尔效应实验报告 大 学
本(专)科实验报告
课程名称： 姓 名： 学 院： 系：
专 业： 年 级： 学 号： 指导教师： 成 绩： 年 月 日 （实验报告目录）
实验名称 一、实验目的和要求 二、实验原理 三、主要实验仪器 四、实验内容及实验数据记录 五、实验数据处理与分析 六、质疑、建议 霍尔效应实验
一．实验目的和要求：
1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数. 2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流
is、励磁电流im之间的关系。 3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。 4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。 5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 二．实验原理： 1、霍尔效应 霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。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电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的
聚积，从而形成附加的横向电场。 如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型
半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。 由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。这时在a、b两端面之间建立
的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。 设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为 fl=-eb
式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。 同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为
霍尔电压，l为霍尔元件宽度 当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1） 设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2） 由（1），（2）两式可得 vh?ehl? ib1isb
?rhs （3） nedd
即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh? 1
称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne 率σ=neμ的关系，还可以得到： rh??/???? （4） 式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即 单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。 当霍尔元
件的材料和厚度确定时，设kh?rh/d?1/ned （5） 将式（5）代入式（3）中得 vh?khisb （6） 式中kh称为元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔
电势大小，其单位是[mv/ma?t]，一般要求kh愈大愈好。 若需测量霍尔元件中载流子迁移率μ,则有 ?? ?l (7) ? eivi
将(2)式、(5)式、(7)式联立求得 ??kh? lis
? （8） lvi 其中vi为垂直于is方向的霍尔元件两侧面之间的电势差，ei为由vi产生的电场强度，
l、l分别为霍尔元件长度和宽度。 由于金属的电子浓度n很高，所以它的rh或kh都不大，因此不适宜作霍尔元件。此外元件厚度d愈薄，kh愈高，所以制作时，往往采用减少d的办法来增加灵敏度，但不能认为
d愈薄愈好，因为此时元件的输入和输出电阻将会增加，这对锗元件是不希望的。 应当注意，当磁感应强度b和元件平面法线成一角度时（如图2），作用在元件上的有效
磁场是其法线方向上的分量bcos?，此时 vh?khisbcos? (9)
所以一般在使用时应调整元件两平面方位，使vh达到最大，即θ=0， 图(2)
vh=khisbcos??khisb
由式（9）可知，当控制（工作）电流is或磁感应强度b，两者之一改变方向时，霍尔 电压vh的方向随之改变；若两者方向同时改变，则霍尔电压vh极性不变。 霍尔元件测量磁场的基本电路如图3，将霍尔元件置于待测磁场的相应位置，并使元件平面与磁感应强度b垂直，在其控制端输入恒定的工作电流is，霍尔元件的霍尔电压输出端
接毫伏表，测量霍尔电势vh的值。 三．主要实验仪器：
1、 zky-hs霍尔效应实验仪 图(3)
包括电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔元件及引线。 2、 ky-hc霍尔效应测试仪
四．实验内容：
1、研究霍尔效应及霍尔元件特性 ① 测量霍尔元件灵敏度kh，计算载流子浓度n（选做）。 ② 测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
③ 判定霍尔元件半导体类型（p型或n型）或者反推磁感应强度b的方向。 ④ 研究vh与励磁电流im、工作（控制）电流is之间的关系。 2、测量电磁铁气隙中磁感应强度b的大小以及分布
① 测量一定im条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度b的大小。 ② 测量电磁铁气隙中磁感应强度b的分布。 五．实验步骤与实验数据记录： 1、仪器的连接与预热 将测试仪按实验指导说明书提供方法连接好，接通电源。 2、研究霍尔效应与霍尔元件特性 ① 测量霍尔元件灵敏度kh，计算载流子浓度n。（可选做）。 a. 调节励磁电流im为0.8a，使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度b的大小。 b.
移动二维标尺，使霍尔元件处于气隙中心位置。 c. 调节is=2.00??、10.00ma（数据采集间隔1.00ma），记录对应的霍尔电压vh填入 表（1），描绘is—vh关系曲线，求得斜率k1(k1=vh/is)。 d. 据式（6）可求得kh，据式（5）
可计算载流子浓度n。 ② 测定霍尔元件的载流子迁移率μ。 a. 调节is=2.00??、10.00ma（间隔为1.00ma），记录对应的输入电压降vi填入表4， 描绘is—vi关系曲线，求得斜率k2（k2=is/vi）。 b. 若已知kh、l、l，据（8）式可以求得载流子迁移率μ。 篇五：塞曼效应实验报告 近代物理实验报告
塞曼效应实验 学 院 班 级 姓 名 学 号 时 间 2014年3月16日 塞曼效应实验 实验报告 【摘要】：
本实验通过塞曼效应仪与一些观察装置观察汞（hg）546.1nm谱线（s1→3p2跃迁）的塞 3
曼分裂，从理论上解释、分析实验现象，而后给出横效应塞满分裂线的波数增量，最后得出荷质比。 【关键词】：塞曼效应、汞546.1nm、横效应、塞满分裂线、荷质比 【引言】： 塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象，是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的。首先他发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂；随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因，这种现象称为“塞曼效应”。在后来进一步研究发现，很多原子的光谱在磁场
中的分裂情况有别于前面的分裂情况，更为复杂，称为反常塞曼效应。 塞曼效应的发现使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解，塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理中，塞曼效应可以用来测量天体的磁场。本实验采取fabry-perot（以下简称f-p）标准具观察hg的546.1nm谱线的塞曼效应，同时利用塞满效应测量电子的荷质比。 【正文】： 一、塞曼分裂谱线与原谱线关系 1、磁矩在外磁场中受到的作用 (1)原子总磁矩 在外磁场中受到力矩的作用： 其效果是磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量（pj）绕磁场方向旋进。 (2)磁矩 在外磁场中的磁能： 由于或在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向分量也量子化： ∴ 原子受磁场作用而旋进引起的附加能量 m为磁量子数 g为朗道因子，表征原子总磁矩和总角动量的关系，g随耦合类型不同（ls耦合和jj耦
合）有两种解法。在ls耦合下： 其中：
l为总轨道角动量量子数 s为总自旋角动量量子数 j为总角动量量子数 m只能取j，j-1，j-2 ?? -j（共2j+1）个值，即δe有(2j+1)个可能值。 无外磁场时的一个能级，在外磁场作用下将分裂成（2j+1）个能级，其分裂的能级是等
间隔的，且能级间隔 2、塞曼分裂谱线与原谱线关系： (1) 基本出发点： ∴分裂后谱线与原谱线频率差 由于 为方便起见，常表示为波数差 定义为洛仑兹单位： 3、谱线的偏振特征： 塞曼跃迁的选择定则为： δm=0 时为π成份（π型偏振）是振动方向平行于磁场的线偏振光，只有在垂直于磁场方向才能观察到，平行于磁场方向观察不到；但当δj=0时，m2=0到m1=0的跃迁被禁止。 当δm=±1时，为σ成份，σ型偏振垂直于磁场，观察时为振动垂直于磁场的线偏振光。 平行于磁场观察时，其偏振性与磁场方向及观察方向都有关： 沿磁场正向观察时（即磁场方向离开观察者：uδm= +1为右旋圆偏振光（σ偏振） δm= -1为左旋圆偏振光（σ偏振） 也即，磁场指向观察者时：⊙δm= +1为左旋圆偏振光 δm= -1为右旋圆偏振光 分析的总思路和总原则: 在辐射的过程中，原子和发出的光子作为整体的角动量是守恒的。 原子在磁场方向角动
量为： -+
）
∴在磁场指向观察者时：⊙
当δm= +1时，光子角动量为，与同向 电磁波电矢量绕逆时针方向转动，在光学上称为左旋圆偏振光。 δm= -1时，光子角动量为，与反向 电磁波电矢量绕顺时针方向转动，在光学上称为右旋圆偏振光。 例：hg 5461?谱线，
{6s7s}s1→ {6s6p}p2能级跃迁产生 3
3 分裂后，相邻两谱线的波数差实验方法： 观察塞曼分裂的方法： 塞曼分裂的波长差很小由于 以hg 5461 ?谱线为例当处于b=1t的磁场中 要观察如此小的波长差，用一般的棱镜摄谱仪是不可能的，需要用高分辨率的仪器，如法布里—珀罗标准器（f—p标准具）。