伏安法的应用

伏安法的应用-波尔兹曼常数的测定刚刚考完这个实验，趁着还记得大致内容，就将一些需要注意的地方写在这里，希望对大家有些帮助。刚抽到这个实验的时候就感觉比较郁闷，因为手头这个实验的资料最少。我的两份资料中，一份压根没有这个实验，另一份只有半页的介绍，根本没说清楚。不过做下来的整体感觉是这个实验真的超简单。最快的一个哥们，只用了一个半小时就完成了所有内容。所以如果你抽到这个实验应该庆幸。首先，进去的时候每人桌上都有一份实验报告纸，考试时不许用自己的实验报告纸，草稿纸等。第一项任务是在报告纸上写下实验的步骤，数据处理方法即一元线性回归的公式导出还要画下实验电路图。这里说一下，我手里的那份资料即机械学院编的物理实验指导，相信很多同学也是看的这个资料，这上面有不少错误。我完全按资料上面的写的，结果因为错误太多被打了回来。下面就资料上的错误做以说明：原始资料如下：二伏安法的应用-波尔兹曼常数的测定一、实验目的用伏安法测pn正向电流电压关系，并由此测出波尔兹曼常数。二、实验设备（p109）三、实验原理1、半导体pn结理论指出：pn结正向电流电压关系满足I=Io(exp（eU/kT)—1）。U为pn结正向电压降，I是正向电流，T为热力学温度，e是电子电荷，k是波尔兹曼常数。T，e已知，所以只须测得I-U关系，即得k。实际测量中，上述关系简化成I=Ioexp(eU/kT)，即I-U满足字数关系。2、实验中采用结成共基极方式的三极管是为了减小和避免普通极管存在复合电流和表面电流的影响。实验测量中，电压由41/2位数字电压表测出，而集电极电流需通过运算放大器组成的电流电压交换器来充当（如下图）。当闭环时V=V+；运放输出端不取电流。于是IRf=—V2，自需测出V2，即得I。一、实验步骤1.如下图连线，图中为100Ω变位器，R为金属膜电阻，大小可调。2.初始时将和R初值均调到最大，测量m，n两结点间的电压，记为U1，同时测出b，e间电压，记为U2，作为一组数据。3.调节R的大小，重复2的步骤，在记录第二组数据，共测十组。4.实验后整理仪器。一、数据处理本实验采用一元线性回归法来处理数据（U1，U2均取绝对值）。由I=IoExp（eU/kT），I=V2/得U1/=IoExp（eU2/kT）,两边取对数得㏑U1=㏑*Io+eU2/kT取㏑U1=y，U2=x。则b=e/kT利用线性公式求的b。T=273.15K，e=1.6E-19C。k=bT/e，k可得。错误：1、实验电路中2V电源极性接反，应为上正下负1、电阻R不是定值电阻，应画成滑动变阻器，划片接三极管发射极，另外两端接电源正极和地2、Rf不是100Ω，而是100kΩ，R是100Ω变位器3、“初始时将Rf和R初值均调到最大”错,Rf为定值，不能调节4、“测量m，n两结点间的电压，记为U1”错，应测量n点对地的电位，不是m、n间的这个实验的操作极为简单，就是给你一个小盒子，上面有那两个电阻以及运算放大器，按电路图拿导线噼里啪啦一连就行了，然后用万用表测两个地方的电压就完了，对于做过电气实践的我们来说，这个当然不在话下了。下面说一些实验过程中要注意的地方：1、电源上有一个接线柱标有接地符号，注意不要把接地线接到上面，而是要接到正负12V中间的那个接线柱上2、实验的三极管是泡在冰水混合物中的，所以测量的时候要尽量快一些，以免冰完全融化后升温，数据就不准了。3、用于调节R阻值的是一个旋钮，不少同学拧了半天，n点对地电压并没有多大变化。实际上这说明你已经拧过了。实践表明这旋钮貌似没有头，可以一直拧，没有变化说明已经被你拧饱和了。你要把它拧回去找到那个敏感区。在那个区域，改变一点点R，U1都会出现很大变化4、这一点比较重要，请注意：由电路图可知，电源负极，变位器的一端还有三极管基极是共地的，理论上这三根线的共地端放在哪都可以。但实际连线时请不要把这个共地端连在三极管基极上，这样干扰会很大，以致万用表上的数值一直跳个不停，无法读数。（我旁边那个同学就是这样）最好是把公共端放在运算放大器的同向输入端，这样读数比较稳定5、这份资料里给出的U1、U2和老师给的U1、U2是反的，别弄混了6、N点对地电压的测量范围是0~10V，要测十组数据，最好是分别在1、2、3、4、5、6、7、8、9、10V附近测量，这样线性化程度更好，结果更准最后说一下数据处理，就是用线性回归方法处理数据。最好用可以直接计算一元线性回归的计算器，并在之前学会如何计算。我今天才发现，算线性回归也可以如此简单。下面说一下怎么操作，可能计算器型号不同操作方法略有区别，这个仅供参考吧：我用的是卡西欧fx-350MS，就合一下面超市买的，貌似大部分同学都用的是这个，所以以下方法应该适用1、依次按shift→mode→3→=这步进行数据重置2、按mode→3→1这步进入回归状态，此时计算器屏幕上面应该显示“REG”3、然后输入数据，一组一组的输。先输X1→，→Ｙ１→ＤＴ（就是右下角的那个Ｍ＋）４、输完之后会显示n=1说明你输完了一组数据，然后重复上一个步骤，把10组数据都输进去5、按shift→2这时会显示两行东西，上面一行是三个符号，下面一行是数字1、2、3。然后按右箭头翻页，按两下，这时第一行就变成我们要求的A、B、r了。按他们下面对应的数字然后再按等号就可以看对应的值了。6、看完一个值之后按AC，再重复第5步可以看下一个值。这个实验只用到了B和r，所以A就不用看了。我想到的就这么多了，希望对大家能有点帮助，祝大家考试顺利O(∩_∩)O~D02:今天最终抽到了这个物理实验，总算是让我相信了rp守恒定律，不是很变态。首先来说说我们这次监考的老师，我出来教室的时候专门看了一下，貌似是王慕冰，不知道对不对应的上，遇到这个老师，你就仰天长啸三声“哇哈哈”吧，只要你想得到的，基本都可以干，当然我不推荐。回到正题现在开始试验流程：1.开始，是进去考场拿学生证画个名字然后分好座位号，这步就不必详细讲解了。2.到时间之后，老师会首先讲解一下要求，和注意事项，内容我会在下面的讲解中体现。到时候自己再听一听巩固巩固。3.现在就是开始在发的一套（3张纸，其中一张草稿纸）实验报告纸上写上实验步奏、电路图、数据处理公式。这里是我做完后大致呈现的图：为了防止某些人看不清楚，再来没有修改的大家好参考对照：这张是实验步骤，我当时完全瞎写（可能有点兴奋过头，一下都忘了，貌似老师也不怎么看，她主要看的是电路图（尤其是我标记的东西）和你的一元线性公式。）这里提醒一下：上面的图Unm要改成U2Ube改成U1。嗯，貌似是这样。。（Rf的值那个你们想一想，不清楚就像我一样在实验步骤中最好就别写了，但是图中还是得标明的。）最后再写一点实验的一元线性公式：同样的，这里的Umn换成U2，Ube换成U1。好了，如果你完全按照这样COPY上去，应该会直接通过，然后就可以交给老师看了。（我当时和这个差不多就是电路图上的那个正负极错了，最后一些其他要加的东西，左看看，右看看就通过了。在此特别感谢老师和旁边的同学！让我有这个机会。）现在就是连线了：按照刚才的电路图，结合下面的图慢慢接：。都已经接完了，这时候让老师检查通过，就可以往保温杯子里接半杯水，再在冰箱里放几块冰块（我当时放了3块，这就看你自己把握吧），回来就可以测数了。注意：这里特别提示一下，最好把接地的接口在运放器的，因为用万用表测试数据时，负极插在运放器的与接地相连的插口，就不用管了。正极就可以在e端和n端来回转换测试，如果像我负极放在保温杯瓶盖上会照成桌子一晃，值就变化很大，很不稳定（我当时就纠结了很久，还是旁边的同学拔刀相助，在此继续感谢一下）。从10.2V-0V平均取点测出十组U2和对应U1（U2变化较大，所以先看U2稳定了，记下数，赶紧换插孔，测U1，以此类推，测出十组数据，U2=0V不测，你测了老师也会让你划掉的。）这些都弄完了，就可以交给老师检查了就ok了，应该能看到有线性趋势，然后就是用计算器算出b了。根据上面的公式然后求出K,这个实验就结束了。（我当时计算器不怎么会用，算出来误差比较大，我就又求助旁边同学，然后自己估写了。给老师检查了一下，就交了。）我完成这个实验时四点还不到，（不过也由于数据处理意识流了一下）。如果按照这里一步一步做下来，应该一小时完成是绰绰有余的。最后提供一下算出数据的标准值：b大概是：42左右吧，k是1.38x10（负23次幂）单位我没写，也不知道，因为到现在我也不知道这个原理要干嘛。~。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。在此感谢考前给我提供攻略的所有人和考场中的活雷锋。。。哈哈最后再提一点，貌似这个实验老师不要做附加，说是没仪器还是什么的，（当时走神了）而且后来的所有人都没做，如果做完蛋疼了的同学可以问一问老师，这应该是不扣分的。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。这篇攻略到此就全部结束了，依照它你可以轻松完成。如果任有令人发指的同学看了之后还不过，那直接去富士康吧。------------------------------------------------------------版权归我们宿舍的DJY所有，如有其他问题，可以在非DOTA时间向我询问。最后祝愿你们有个好运气，抽到D02然后老师是王慕冰！！！拜拜~~~D03:今天的实验大败，痛定思痛，总结出来以下几个教训。先从总的说1.实验一定急不得，不要看着别人做了多少，专注于自己手上的工作就行了，否则你会方寸打乱，在一些小的问题上纠结很久，得不偿失。2.仔细预习实验，公邮里面的资料很好，一定要看仔细，脑子把实验先做一遍，那些过经过脉的地方一定要扣死，不然就像我一样，做之前感觉良好，做的时候手足无措。3.不要怕问老师，老师都是还是比较和蔼的，扣分不可怕，关键是一定要把不清楚的地方问懂，接着做的话就会轻松很多。4.小手段之类的就不必了，因为实验查的还是很严的，老师会仔细检查每个步骤，并测试你的实验数据，事先准备数据是对付不了的具体到D03这个实验中来，我总结了以下几条经验。1.公邮里面的资料很好，但是有个东西她没有提到，那就是”粗测“。可以说是由于忽略了这个环节，最终导致我这个实验的失败。资料里面给出的三个量程范围是0.75MA，1.50MA和3.0MA，并且给出了相应的R值。我就是在这个环节偷了懒，直接套了上面的数据，导致最终的杯具。其实由于各个实验器材的差异，这几个量程是需要灵活的设置的。比如对于我的那一套器材，这几个值就明显偏小了，而且设置三个量程也明显不够，做完后想来，4个量程应该是一个合理的数值。如果以后的同学做D03，请不要嫌这一步麻烦，用心算好，合理的配置量程，在后面会节省很多时间。2.校准。这一步很费时间，但是千万不要马虎过去，因为直接关系着后面数据的精确度。往细了说，调节的时候，应该先调节最后一个电阻箱，即直接连接电源阴极的那个电阻箱，再调节跟微安表相连接的电阻箱，将表头调至满偏即可。一般来说，这个R的值和你计算的值差不了多少，如果差多了，就要考虑是不是没有电流没有完全补偿，检查补偿电路那一部分即可。3.资料还有一个很重要的地方没有说，就是在最后测光电流时，电阻的大小应该如何调节。其实这个是个很小的细节，但是我在这个上面浪费了大量的时间。一个原因可能是由于太毛躁，另一个原因就是不得要领。其实在调节电阻箱的时候，微安表指针偏转的幅度不是重点，重点在于偏转的方向，这个是我观摩老师的操作总结出来的，最开始调大一点没有关系，一旦看着指针偏转的方向发生改变，就立即回调，此时需要细心一点，耐心的调，待到指针停止偏转，即记下数据，这样做最省事省力。乱调一气（如我），那是注定要失败的。还有注意，那个短路的按钮按一下就好了，读出偏转的趋势就行，我就因为这个被老师教训了，残念。。。今天的实验让我很郁闷，但也让我学到了很多教训。总结出来以上几条，希望大家不要重蹈我的覆辙，认真把实验当成一回事，干净利落的解决之，总比做砸了自怨自艾来的痛快。D03刚刚做完物理实验考试的D03，有一些值