实验一 霍尔效应及其应用
【预习思考题】
1．列出计算霍尔系数 、载流子浓度n、电导率σ及迁移率
μ的计算公式，并注明单位。
霍尔系数 ，载流子浓度 ，电导率 ，迁移率 。 2．如已知霍尔样品的工作电流 及磁感应强度B的方向，如
何判断样品的导电类型？
以根据右手螺旋定则，从工作电流 旋到磁感应强度B确定的方向为正向，若测得的霍尔电压 为正，则样品为P型，
反之则为N型。
3．本实验为什么要用3个换向开关？
为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响，需要在测量时改变工作电流 及磁感应强度B的方向，因此就需要2个换向开关；除了测量霍尔电压 ，还要测量A、C间的电位差 ，这是两个不同的测量位置，又需要1个换向开关。总
之，一共需要3个换向开关。
【分析讨论题】
1．若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，按式（5.2-5） 测出的霍尔系数 比实际值大还是小？要准确测定 值应怎
样进行？
若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，则测出的霍尔系数 比实际值偏小。要想准确测定，就需要保证磁感应强
度B和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度
B和霍尔器件平面的夹角。
2．若已知霍尔器件的性能参数，采用霍尔效应法测量一个
未知磁场时，测量误差有哪些来源？
误差来源有：测量工作电流 的电流表的测量误差，测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差，测量霍尔电压 的电压表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响
等。
实验二 声速的测量 【预习思考题】
1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态？为什么要
在系统处于共振的条件下进行声速测定？
答：缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮，使交流毫伏表指针指示达到最大（或晶体管电压表的示值达到最大），此时系统处于共振状态，显示共振发生的信号指示灯亮，信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置，当发射换能器S1处于共振状态时，发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处，媒质压缩形变最大，则产生的声压最大，接收换能器S2接收到的声压为最大，转变成电信号，晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置，即对应的波节位置。因此在系统
处于共振的条件下进行声速测定，可以容易和准确地测定波
节的位置，提高测量的准确度。
2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间
的相互转换的？
答：压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力，发生机械形变时，会发生极化，同时在极化方向产生电场，这种特性称为压电效应。反之，如果在压电材料上加交变电场，材料会发生机械形变，这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应，压电陶瓷环片在交变电压作用下，发生纵向机械振动，在空气中激发超声波，把电信号转变成了声信号。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应，空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变，从而产生电场，
把声信号转变成了电信号。
【分析讨论题】
1. 为什么接收器位于波节处，晶体管电压表显示的电压值是
最大值？
答：两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波。其驻波方
程为
A（x）为合成后各点的振幅。当声波在媒质中传播时，媒质中的压强也随着时间和位置发生变化，所以也常用声压P描述驻波。声波为疏密波，有声波传播的媒质在压缩或膨胀时，来不及和外界交换热量，可近似看作是绝热过程。气体做绝热膨胀，则压强减小；做绝热压缩，则压强增大。媒质体元的位移最大处为波腹，此处可看作既未压缩也未膨胀，则声压为零，媒质体元位移为零处为波节，此处压缩形变最大，则声压最大。由此可知，声波在媒质中传播形成驻波时，声压和位移的相位差为 。令P（x）为驻波的声压振幅，驻波
的声压表达式为
波节处声压最大，转换成电信号电压最大。所以接收器位于
波节处，晶体管电压表显示的电压值是最大值。
2. 用逐差法处理数据的优点是什么？
答：逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法，是对等间隔变化的被测物理量的数据，进行逐项或隔项相减，来获得实验结果的数据处理方法。逐差法进行数据处理有很多优点，可以验证函数的表达形式，也可以充分利用所测数据，具有对数据取平均的效果，起到减小随机误差的作用。本实验用隔项逐差法处理数据，减小了测量的随机误差。
实验三 衍射光栅 【预习思考题】
1. 如何调整分光计到待测状态?
答：（1）调节望远镜适合接收平行光，且其光轴垂直于仪器
中心轴；
（2）平行光管能发出平行光，且其光轴垂直于仪器中心轴；
（3）载物台的台面垂直于仪器中心轴。
2. 调节光栅平面与入射光垂直时，为什么只调节载物台调平螺钉b、c，而当各级谱线左右两侧不等高时，又只能调节载
物台调平螺钉a？
答：调节光栅平面与入射光垂直时，光栅放在载物台调平螺钉b、c的垂直平分线上，望远镜和平行光管已调好，调节载物台调平螺钉a不能改变光栅面与入射光的夹角，只能调节螺钉b或c使光栅面反射回来的“+”字像与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合，此时光栅平面与入射光垂直。 当各级谱线左右两侧不等高时，说明光栅刻线与载物台平面不垂直，调节b、c破坏入射光垂直光栅面，只调节a即
可使各级谱线左右两侧等高。
【分析讨论题】
1. 利用本实验的装置如何测定光栅常数？
答：与实验步骤一样，调出光谱线，已知绿光波长 m，测量一级（ ）绿光衍射角 ，根据光栅方程 ，可计算出光栅
常数d 。
2. 三棱镜的分辨本领 ,b是三棱镜底边边长，一般三棱镜 约
大学物理实验课后思考题全解
