預(yù)科物理實(shí)驗(yàn)講義

PAGEPAGE36預(yù)科物理實(shí)驗(yàn)講義實(shí)驗(yàn)一、物質(zhì)密度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)二、氣墊導(dǎo)軌測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)四、慣性秤實(shí)驗(yàn)五、示波器的使用實(shí)驗(yàn)六、電表的改裝實(shí)驗(yàn)七、太陽能電池基本特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)八、非線性元件伏安特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)九、薄透鏡焦距的測(cè)量實(shí)驗(yàn)十、三棱鏡折射率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)一物質(zhì)密度的測(cè)量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解物理天平的構(gòu)造，學(xué)會(huì)正確調(diào)節(jié)和使用物理天平。2、掌握用流體靜力稱衡法和比重瓶法測(cè)定不規(guī)則物體和液體的密度。3、理解如何將不易測(cè)量量用易測(cè)量量來代替的方法。【實(shí)驗(yàn)儀器】物理天平、燒杯、溫度計(jì)、比重瓶、不規(guī)則固體、液體【實(shí)驗(yàn)原理】一、固體密度的測(cè)量1、由靜力稱衡法求不規(guī)則固體密度（物體密度大于液體（圖設(shè)體積為VM，則該物體的密度ρ為M= （1）M可用物理天平準(zhǔn)確測(cè)得，但體積難于由外形尺寸準(zhǔn)確算出.在水的密度已M可用物理天平準(zhǔn)確測(cè)得，但體積難于由外形尺寸準(zhǔn)確算出.在水的密度已知（見附表）的條件下，由靜力稱衡法可用天平測(cè)量出密度。設(shè)被測(cè)物不溶于水，其質(zhì)量為M，用細(xì)絲將其懸吊在水中的稱衡值為M，1 2又設(shè)水在當(dāng)時(shí)溫度下的密度為，物體體積為V，則根據(jù)阿基米德定律：排開水水的重量等于物體所受的浮力,即gV M水 1 2則有V M） 代入式1 2 水M則固體密度

＝ 水 1固 M)1 2

（3）2、不規(guī)則固體密度的測(cè)量（物體密度小于液體（圖2）圖2此方法采用掛沉物來測(cè)定其密度。沉物密度應(yīng)大于液體密度。沉物用細(xì)線掛在待測(cè)物下面，沉物在液2體中，待測(cè)物在空氣中，稱出質(zhì)量m測(cè)物體在液體中所受浮力：2

'。再將沉物及待測(cè) 物體浸沒在液體中，稱出此時(shí)質(zhì)量為

'，待3F 2

m'（4）3F與排開液體質(zhì)量相等,所以：2

m'3

Vg （5）水V是待測(cè)物排開液體的體積，既該待測(cè)物體的體積：1V 2水

m') 3待測(cè)物在空氣中質(zhì)量為m

'，該物體密度為：1m' m'1 1

（7）V m' m' 2 31、用比重瓶測(cè)液體的密度（圖3）圖3所示為常用比重瓶，它在一定的溫度下有一定的容積，將被測(cè)液體注入瓶中，多余的液體可由塞中的毛細(xì)管溢出。先稱出空比重瓶的質(zhì)量1、用比重瓶測(cè)液體的密度（圖3）圖3所示為常用比重瓶，它在一定的溫度下有一定的容積，將被測(cè)液體注入瓶中，多余的液體可由塞中的毛細(xì)管溢出。先稱出空比重瓶的質(zhì)量M，將純水注滿比重瓶，用塞子塞住，擦干比重瓶，稱出總0質(zhì)量（水和瓶）M，倒出純水，比重瓶?jī)?nèi)注滿待測(cè)物體，稱出質(zhì)量（液體和瓶，設(shè)1 2待測(cè)液體密度為 ，純水密度為 ，則比重瓶?jī)?nèi)純水體積： 圖3液 水M MV 1 0水此比重瓶?jī)?nèi)待測(cè)液體體積：

（8）M MV 2 0

（9）液兩者體積相等，均為比重瓶的容積，所以可以求得待測(cè)液體的密度為：M= 2液 水M1

M0 （10）M02、用靜力稱衡法測(cè)液體的密度此法要借助于不溶于水并且和被測(cè)液體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物體（一般用玻璃塊。設(shè)物體密度為m1，將其懸吊在被測(cè)液體中稱衡值為m2，懸吊在水中稱衡值為m3，則由：V液g1 m2（11）V水g1 m3（12）可得液體密度為：m1液 水m1

m2 （13）m3三、顆粒固體密度的測(cè)量首先測(cè)出小塊固體的質(zhì)量M，將比重瓶注滿水，塞上玻璃塞子，稱出質(zhì)量M

'，將小塊固體投入比1重瓶，將有一部分水溢出，塞上玻璃塞子，稱出總質(zhì)量M

'，被小固體排出比重瓶的水質(zhì)量為2M' M')M M1

M，其體積為2

1 2 ，它也是質(zhì)量為M小塊固體的體積，可以求出小物水M體（固體）的密度為： M M' M' 1 2【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求】1、天平的調(diào)節(jié)及靈敏度的測(cè)量按要求將天平調(diào)節(jié)為可工作狀態(tài)。n天平靈敏度S=

div （單位： ）例如：S=

30div Sm g

10mg天平感量M——是指天平指針在標(biāo)尺上偏轉(zhuǎn)1個(gè)分格時(shí)，天平稱盤上應(yīng)增加（或減少）的砝碼值。天平的儀器誤差一般可取感量的1/22、測(cè)不規(guī)則固體密度要求：各質(zhì)量值分別由物理天平測(cè)量，

的數(shù)值可測(cè)量當(dāng)時(shí)水溫查表得到。將各測(cè)得量代入相應(yīng)公式，求水得不規(guī)則固體的密度并進(jìn)行誤差分析。01234567890.999730.999630.999520.999400.999270.999130.998970.998800.998620.998430.998230.998020.997800.997570.997330.997060.996810.996540.996260.995970.995680.995370.995050.994730.994400.994060.993710.993360.992990.99262溫度℃10°20°30°附表：水的密度溫度℃10°20°30°m33、測(cè)液體的密度要求：各質(zhì)量值分別由物理天平測(cè)量，代入相應(yīng)公式可得被測(cè)液體的密度并進(jìn)行誤差分析。注：實(shí)驗(yàn)中測(cè)量次數(shù)、數(shù)據(jù)處理及誤差分析等按照指導(dǎo)教師的要求完成。實(shí)驗(yàn)二氣墊導(dǎo)軌測(cè)重力加速度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、研究測(cè)重力加速度的方法；2、測(cè)量本地區(qū)的重力加速度?！緦?shí)驗(yàn)原理】或以一定的速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)。在滑塊上裝一與滑塊運(yùn)動(dòng)方向嚴(yán)格平行、寬度為L(zhǎng)L間V Lt若擋板很小，則在擋光范圍內(nèi)滑塊的速度變化也很小，故可以把平均速度看成是滑塊經(jīng)如果滑塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)，則滑塊通過設(shè)在氣軌任何位置的光電門時(shí)瞬時(shí)速度都相等，毫秒計(jì)上顯示的時(shí)間相同，在此情形下，滑塊速度的測(cè)量值與擋板的大小無關(guān)。若滑塊在水平方向受一恒力作用，滑塊將作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，分別測(cè)出滑塊通過相距S的2個(gè)光電門的始末速度V和V1 2

則滑塊的加速度：V Va 2 1t氣墊導(dǎo)軌與水平面的夾角為,則gasinffffV

mgsin f ma下 下

（1）mgsin f上

=ma上

（2）空氣阻力f是速度V的函數(shù),當(dāng)V比較小時(shí),滑塊通過第一、第二個(gè)光電門時(shí)的阻力和速度有可能都不相同,若能控制上下的速度分別相等,就可使滑塊上下的阻力相等了。所以，(1)+(2)得2mgsin m上

a） （3）下a ag 上

a a上 下

（4）2sin 2 h這樣關(guān)系式中沒有V的量，從而消除了空氣阻力對(duì)重力加速度的影響，使重力加速度更加精確?！緦?shí)驗(yàn)儀器及其使用介紹】氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字毫秒計(jì)、滑塊、游標(biāo)卡尺、墊塊。一、氣墊導(dǎo)軌氣墊導(dǎo)軌是一種現(xiàn)代化的力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。實(shí)物如下圖所示：它利用小型氣源將壓縮空氣送入導(dǎo)軌內(nèi)腔。空氣再由導(dǎo)軌表面上的小孔中噴出，在導(dǎo)軌表面與滑行器內(nèi)表面之間形成很薄的氣墊層?；衅骶透≡跉鈮|層上，與軌面脫離接觸，因而能在軌面上做近似無阻力的直線運(yùn)動(dòng)，極大地減小了以往在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中由于摩擦力引起的誤差。使實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近理論值。配用數(shù)字計(jì)時(shí)器或高壓電火花計(jì)時(shí)器記錄滑行器在氣軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，可以對(duì)多種力學(xué)物理量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)力學(xué)定律進(jìn)行驗(yàn)證。1、導(dǎo)軌導(dǎo)軌是用三角形鋁合金材料制成?？梢哉{(diào)整其平直度，常把它用螺絲固定在工字鋼上，導(dǎo)軌長(zhǎng)面裝有定滑輪，另一端有進(jìn)氣嘴，通過皮管與氣源相連。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入導(dǎo)軌后，從小氣孔噴出，在導(dǎo)軌和滑塊之間形成空氣層，導(dǎo)軌和滑塊兩端都裝有緩沖彈簧，使滑塊可以往返運(yùn)3圖2滑塊裝置滑塊是在導(dǎo)圖2滑塊裝置滑塊是在導(dǎo)能與導(dǎo)軌的兩側(cè)垂直噴射到滑塊表面，它們之間形成空氣薄層，使滑塊浮在導(dǎo)軌上。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，滑塊上可以安裝擋光板、重物或砝碼?；瑝K兩端除可裝緩沖彈簧外，也可裝尼龍搭扣及輕彈簧。3、光電轉(zhuǎn)換裝置圖3光電轉(zhuǎn)換裝置光電轉(zhuǎn)換裝置又稱光電門，由聚光燈泡和光敏管組成。聚光燈泡的電源由數(shù)字毫秒計(jì)供給，光電轉(zhuǎn)換裝置只要接通毫秒計(jì)電源開關(guān)，聚光燈泡即可點(diǎn)亮，發(fā)出的光束正好照在光敏管上，光敏管與數(shù)字毫秒計(jì)的控制電路連接。當(dāng)光照被罩住時(shí)，光敏管電阻發(fā)生變化，從而產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，觸發(fā)毫秒計(jì)開始計(jì)時(shí)；當(dāng)光照恢復(fù)或光照又一次被遮住（視數(shù)字毫秒計(jì)的工作狀態(tài)而定），又產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，使毫秒計(jì)停止計(jì)時(shí)。毫秒計(jì)顯示出一次遮光或兩次遮光之間的時(shí)間間隔。4、注意事項(xiàng)氣軌是一種高精度實(shí)驗(yàn)裝置，導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面有較高的光潔度，且配合良好。因此，（特別是滑塊不能掉在地上）；不得在未通氣時(shí)就將滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，以免擦傷表面；使用完畢，先將滑塊取下再關(guān)氣源；導(dǎo)軌和滑塊表面有污物或灰塵時(shí)，可用棉紗沾酒精擦拭干凈；可用小于氣孔直徑的細(xì)鋼絲輕輕捅通；實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)將軌面擦凈，用防塵罩蓋好。二、數(shù)字毫秒計(jì)數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器簡(jiǎn)稱為數(shù)字毫秒計(jì)。是一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量橫斷時(shí)間間隔的及時(shí)毫秒計(jì)，測(cè)量的最短時(shí)間間隔可達(dá)到百萬分之一秒）。實(shí)驗(yàn)室通常配用的是MUG-5CCMOS10kHz10kHz（即時(shí)基分別為10ms用這些脈沖在開始計(jì)數(shù)和停計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔內(nèi)推動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，即一個(gè)脈沖一個(gè)數(shù)。從停止到計(jì)這一段時(shí)間計(jì)數(shù)器的所記的數(shù)由顯示窗口顯示出來。由此得時(shí)間為數(shù)字窗顯示的數(shù)值乘以時(shí)基。實(shí)物如下圖所示：各鍵名稱及其功能如下:

圖4計(jì)數(shù)器控制方式選擇開關(guān)：該開關(guān)上標(biāo)有“機(jī)控”和“光控”。機(jī)控是指用機(jī)械接觸來控制開關(guān)的開與關(guān)，從而控制毫秒機(jī)的計(jì)時(shí)與停計(jì)；光控是指用光信號(hào)控制計(jì)時(shí)與停計(jì)。本實(shí)驗(yàn)采用光控方法，即測(cè)量須將選擇開關(guān)撥至光控一端。計(jì)時(shí)方式選擇開關(guān)：開關(guān)上標(biāo)有“A”和“B”AB一只光敏管被又一次遮擋時(shí)，計(jì)時(shí)停止。清零方式選擇開關(guān)：為了便于讀出計(jì)時(shí)結(jié)果，根據(jù)測(cè)量的不同需要，毫秒計(jì)數(shù)字的時(shí)間可以長(zhǎng)久保留，也可以短暫保留。當(dāng)清零方式選擇開關(guān)置于“手動(dòng)”位置時(shí)，數(shù)字窗中顯示的時(shí)間數(shù)字，只有在按動(dòng)手動(dòng)復(fù)位按鈕方可消除。否則會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保留下去，并會(huì)累加到毫秒計(jì)以后的時(shí)間數(shù)字上。當(dāng)該選擇開關(guān)置于“自動(dòng)”位置時(shí)，數(shù)字窗中顯示的時(shí)間數(shù)字經(jīng)過一定時(shí)間間隔后會(huì)自動(dòng)回零。時(shí)間長(zhǎng)短由此按鈕控制。旋轉(zhuǎn)此鈕時(shí)，顯示時(shí)間的長(zhǎng)短在0~3s間連續(xù)可調(diào)。0.1s，1ms，10ms示數(shù)為26772677為26772677ms。注意：在軌道沒有充氣的情況下，不要將滑塊拿下或取下，更不要在導(dǎo)軌上滑動(dòng)滑塊！【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】一、氣墊導(dǎo)軌的水平調(diào)節(jié)2t和t應(yīng)相等，由于空氣阻1 2力，滑塊速度緩慢減小，經(jīng)過后一個(gè)光電門的時(shí)間總比經(jīng)過前一個(gè)光電門的時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)仔細(xì)21%這時(shí)可視為導(dǎo)軌已調(diào)水平。二、加速度的測(cè)量啟動(dòng)氣源向氣軌送氣，用清潔的棉紗沾酒精擦拭導(dǎo)軌表面及滑塊內(nèi)表面。1、把2個(gè)相同的光電門放在導(dǎo)軌的不同位置，并按要求與數(shù)字毫秒計(jì)連接。接通毫秒計(jì)電源，聚光燈泡發(fā)出的光束正好照在光敏管狹縫上，接通氣源，使裝有擋光板的滑塊可以在導(dǎo)軌上自由運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上的單腳螺絲，使滑塊在導(dǎo)軌上小范圍內(nèi)緩慢地來回運(yùn)動(dòng)（不是總朝一個(gè)方向），這時(shí)導(dǎo)軌基本調(diào)平。輕輕推動(dòng)滑塊，使之獲得一定的速度，滑塊從一端向另一端運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次通過2個(gè)光電門（返回時(shí)順序相反），從毫秒計(jì)上先后讀出滑塊經(jīng)過2個(gè)光電門的時(shí)間t和t。1 22、將數(shù)字毫秒計(jì)的計(jì)時(shí)方式開關(guān)置于A檔位置，在導(dǎo)軌一端底腳螺絲下面墊上厚度為h的墊塊，將滑塊置于導(dǎo)軌的最高點(diǎn)，并使其自由滑下，記錄滑塊經(jīng)過兩光電門的時(shí)間t和t。1 2重復(fù)上述測(cè)五次并記錄數(shù)據(jù)（加速度的測(cè)量要求保證初始條件不變）。3、用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度L并記錄；4、測(cè)出兩光電門之間的距離并記錄；5、測(cè)出氣墊導(dǎo)軌的長(zhǎng)度并記錄；6、關(guān)閉毫秒計(jì)，取下滑塊，關(guān)閉氣泵，將儀器整理復(fù)原。注意事項(xiàng):氣軌是一種高精度實(shí)驗(yàn)裝置，導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面有較高的光潔度，且配合良好。因此，各組導(dǎo)軌和滑塊只能配套使用，不得與其他組調(diào)換，實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)防敲碰、劃傷導(dǎo)軌和滑塊（特別是滑塊不能掉在地上）；不得在未通氣時(shí)就將滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，以免擦傷表面；使用完畢，先將滑塊取下再關(guān)氣源；導(dǎo)軌和滑塊表面有污物或灰塵時(shí)，可用棉紗沾酒精擦拭干凈；導(dǎo)軌表面氣孔很小，易被堵塞，影響滑塊運(yùn)動(dòng)，通入壓縮空氣后要仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)氣孔堵塞，可用小于氣孔直徑的細(xì)鋼絲輕輕捅通；實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)將軌面擦凈，用防塵罩蓋好?！緮?shù)據(jù)處理】擋光片的寬度L 氣墊導(dǎo)軌的長(zhǎng)度S兩光電門距離H 墊塊高度h下滑下滑上滑tt1t2tt1t2表一時(shí)間記錄表格VV1V2)123表二物體下滑速度記錄VV1V2)123表三物體上滑速度記錄忽略空氣阻力的情況下,可用公式agsingaSh所以有：上升的g下降的g因?yàn)椋恒y川的g=980.66(cm/所以相對(duì)誤差為：gg-g上升的e= =上 標(biāo)準(zhǔn)=g g標(biāo)準(zhǔn)gg-g下降的e= =下 標(biāo)準(zhǔn)=g g標(biāo)準(zhǔn)而在不忽略空氣阻力的情況下，可用公式（4）得出：a a Lg 上 下2 h誤差度為：e g實(shí)驗(yàn)四慣性秤【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握用慣性秤測(cè)量物體質(zhì)量的原理和方法。2、掌握作圖法處理數(shù)據(jù)。3、了解儀器的定標(biāo)和使用。4、了解慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量概念?！緦?shí)驗(yàn)儀器】慣性秤、周期測(cè)定儀、定標(biāo)用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊塊測(cè)圓柱鋼體、帶線大圓鋼柱、水平儀。圖（1）是慣性秤的一種，其主要部分是兩根彈性鋼片連成一個(gè)懸臂振動(dòng)體A，振動(dòng)體的一端是秤臺(tái)B，秤臺(tái)的槽A的另一端是平臺(tái)C，通過固定螺栓DA固定在E座可在立柱FG和光電門HI周期測(cè)定儀用于測(cè)定懸臂振動(dòng)體的振動(dòng)周期，其使用方法可參閱儀器說明書?！緦?shí)驗(yàn)原理】慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是由兩個(gè)不同的物理定律——牛

圖1慣性秤結(jié)構(gòu)示意圖何物體的兩種質(zhì)量是同樣的，因此，我們可以用同一個(gè)物理量“質(zhì)量”來表示慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量。態(tài)下物體質(zhì)量的測(cè)定有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。平臺(tái)在位移較小的情況下，在水平方向近似作簡(jiǎn)諧振動(dòng)。設(shè)彈性恢復(fù)力F=－KX，根據(jù)牛頓第二定律可得：m0

)d2i

kx (1)解此方程得：mm0mm0ki式中m0為振動(dòng)體空載時(shí)的等效質(zhì)量；mi為秤臺(tái)上插入的附件質(zhì)量；K為振臂的倔強(qiáng)系數(shù)。將（2）式可改寫為：2T 42m 42m2

(3)T的平方和附加質(zhì)量mT的平方和附加質(zhì)量m成線性關(guān)i系。當(dāng)測(cè)出各已知附加質(zhì)量m所對(duì)應(yīng)的周期值T，可用T2－mi i圖（2）所示，即為該慣性秤的定標(biāo)曲線。當(dāng)測(cè)量某物體的質(zhì)量時(shí)，可將其置于慣性秤的秤臺(tái)上，測(cè)出周期T，j根據(jù)定標(biāo)曲線查出T2對(duì)應(yīng)得質(zhì)量m（即為被測(cè)物體的質(zhì)量。j j【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、慣性秤的定標(biāo) 圖2慣性秤的定標(biāo)就是測(cè)定各已知附件質(zhì)量塊miTi（包括空秤時(shí)的周期T0，作定標(biāo)線T2m。2、測(cè)物體質(zhì)量及相對(duì)誤差將待測(cè)物置于秤臺(tái)中央園孔中，測(cè)出振動(dòng)周期Tj，根據(jù)定標(biāo)曲線求出其質(zhì)量mj3、考察重力對(duì)慣性秤的影響慣性秤平臺(tái)仍水平放置，用約50cm長(zhǎng)的細(xì)線，通過吊桿掛鉤將大圓柱體鉛直懸吊在平臺(tái)中央園孔中，測(cè)定其周期，與原來直接插在園孔中的周期進(jìn)行比較，有何不同？分析原因。實(shí)驗(yàn)五示波器的使用變化極快的電壓瞬變過程，因而它具有較廣的應(yīng)用范圍。一切能轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電學(xué)量（率、阻抗等）和非電學(xué)量（如溫度、位移、速度、壓力、光強(qiáng)、磁場(chǎng)、頻率等，其隨時(shí)間的瞬變過程都可以用示波器進(jìn)行觀察和測(cè)量分析?！灸康呐c要求】了解示波器的基本結(jié)構(gòu)，熟悉示波器的調(diào)節(jié)和使用。學(xué)習(xí)用示波器觀察電壓波形和李薩如圖形。學(xué)習(xí)用示波器測(cè)量電訊號(hào)的方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】示波器的基本結(jié)構(gòu)及其簡(jiǎn)單工作原理示波管示波管衰減器垂直放大電路衰減器水平放Y輸入大電路X輸入電源供給同步電路掃描發(fā)生器圖11-1示波器基本結(jié)構(gòu)圖介紹。（1．示波管（圖按其功能可分為三部分。①熱陰極板。是一個(gè)罩在燈絲外面的小金屬圓筒，其前端涂有氧化物，當(dāng)燈絲中通入電流時(shí)，陰極板受熱而發(fā)射電子，并形成電子流。①熱陰極板。是一個(gè)罩在燈絲外面的小金屬圓筒，其前端涂有氧化物，當(dāng)燈絲中通入電流時(shí)，陰極板受熱而發(fā)射電子，并形成電子流。②控制柵極板（輝度調(diào)節(jié)板電勢(shì)低于陰極板電勢(shì)，即調(diào)節(jié)柵極板電圖11-2示波管結(jié)構(gòu)圖勢(shì)的高低可以控制到達(dá)熒光屏的電子流強(qiáng)度，使屏上光點(diǎn)的亮度發(fā)生變化，也就是“輝度調(diào)節(jié)”。圖11-2示波管結(jié)構(gòu)圖③陽極板（聚焦調(diào)節(jié)。也是一個(gè)前端開有小孔的金屬圓筒，陽極板上加有高壓（約1000，且其區(qū)子束。改變陽極板的電壓可以調(diào)節(jié)電子束的聚焦程度，即熒光屏上光點(diǎn)的大小，稱為“聚焦調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)極板。圖1─2中的XX（水平XYY（豎直）為兩對(duì)相互垂直的極板。當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)極板上12 12XX（設(shè)12U U）XXY

極板上加直流電壓x x 12 121 2（設(shè)U

U）時(shí)，則電子束穿過Y

兩板間時(shí)向上偏轉(zhuǎn)，屏上光點(diǎn)向上移動(dòng)；當(dāng)在XX（YY）極板y y 121 2

12 12Y1X1 X2Y2(b)

圖11-3

(c) (d) (e)上加交變電壓時(shí)，則電子束穿過偏轉(zhuǎn)極板間時(shí)將水平（或上下）振動(dòng)，即屏上光點(diǎn)水平（或上下）如振動(dòng)較快，即屏上出現(xiàn)一條水平（或豎直）亮度線。以上各情況分別如圖11-3熒光屏能將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成光能，同時(shí)還轉(zhuǎn)換成熒光屏 熱能。因此熒光屏上的光點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停在固定亮點(diǎn)在Y軸方向上的位移 位置，可能將該處的發(fā)光物質(zhì)燒毀，稱為一C CyByB

D By DyE I Ay Ey

暗斑，所以在操作時(shí)要注意不要使光點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停留在一處。A abcdefghi

2．掃描發(fā)生器F H 若將隨時(shí)間作正弦變化的電壓信號(hào)G Fy HyGy Uy

U sintYymabcdefghi

Bx 亮點(diǎn)在XCxDxExFxGxHxIx

屏上顯示出一條垂直亮度線，而看不到正弦曲線。在上述條件下，若同時(shí)再在X偏轉(zhuǎn)板上加入一個(gè)與時(shí)間成正比增加的線性電壓時(shí)間t

圖11－4

tUUXUx Kt，則電子束在豎直方向上作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的同時(shí)，還必須在水平方向上作自左向右的勻速運(yùn)動(dòng)，這樣才能在熒光屏上顯示出信號(hào)電壓U和時(shí)間t的正弦變化y曲線，其原理如圖11-4所示。XXXX12 12點(diǎn)在沿YXX12EXX12隨著時(shí)間的推移，依次不斷重復(fù)上述過程，顯示屏上便可顯示出正弦波形來。所以在顯示屏上看到的正弦曲線實(shí)際上是兩個(gè)相互垂直的運(yùn)動(dòng)的合成軌跡。將加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)，在顯示屏上展開成為函數(shù)曲線圖形的過程稱為掃描，獲得掃描的方法是在XX偏轉(zhuǎn)板上所加的與時(shí)間成正比增加的線性電壓具有周期性，這個(gè)周期性變化的電壓又叫鋸齒形電12壓，稱為掃描電壓，如圖11-5所示。示波器由掃描發(fā)生器提供掃描電壓。（3．同步電路由圖11-5可知，如果T ，在熒光屏上就顯示出兩個(gè)完整的正弦波；同理，如T ，則x y x yTx必須為Y偏轉(zhuǎn)板電壓周期T的整數(shù)倍數(shù)，即yT nTx y

（或fy

nf， n=，3，… （11-）xnYy x稍有有差異，波形就不穩(wěn)定，甚至更為復(fù)雜。為此，在示波器上專門設(shè)置一種電路，來控制掃描電壓的頻ff隨著被觀測(cè)信號(hào)的頻率fyx x y頻率，使之與信號(hào)頻率之間成整數(shù)倍關(guān)系，并加上“同步”作用，迫使這種關(guān)系保持穩(wěn)定。綜上所述，示波管顯示穩(wěn)定波形的條件是：①在Y偏轉(zhuǎn)板上必須加上足夠大的待測(cè)電壓信號(hào)；②在X偏轉(zhuǎn)板上必須加上鋸齒波電壓；③鋸齒波電壓周期應(yīng)保持為待測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍。（4．水平軸及垂直軸放大器加在水平與垂直偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)電壓必須足夠大，才能使電子束偏轉(zhuǎn)一定角度。因此，必須將輸入的衰減。（5．電源供給10090

100TABTABBAVp-p10 100 0圖11-6 圖11-7用以供給示波管及各部分電路所需要地各種交直流電源。信號(hào)電壓、頻率的測(cè)量把待測(cè)信號(hào)電壓輸入到示波器的y軸輸入端。調(diào)節(jié)示波器面板上各開關(guān)旋鈕到適當(dāng)?shù)奈恢?，熒光屏上顯示一穩(wěn)定波形。根據(jù)熒光屏上的坐標(biāo)格劃線刻度，讀出顯示波形的電壓值或周期值。（1）.測(cè)量電壓把待測(cè)信號(hào)輸入到示波器的yy“VOLTS/DIV”旋到適當(dāng)位置，調(diào)節(jié)有關(guān)控制開關(guān)及旋鈕使顯示波形穩(wěn)定，讀取所顯波形波峰與波谷之間的垂直距離所占格數(shù)值N，讀取信號(hào)輸入通道靈敏度旋鈕檔位數(shù)，如圖11-6電壓峰峰值V VOLTS/DIV N)P)在測(cè)量被測(cè)信號(hào)的電壓時(shí)，應(yīng)通過調(diào)節(jié)y軸靈敏度選擇開關(guān)“VOLTS/DIV”使其幅度盡量放大，但是不能超出顯示屏幕。（為什么？）（2）.測(cè)量頻率把待測(cè)信號(hào)輸入示波器的yM,讀取掃描速率旋鈕“SEC/DIV11-7信號(hào)周期T SEC/DIVM)f1T在測(cè)量被測(cè)信號(hào)的周期和頻率時(shí)，應(yīng)通過調(diào)節(jié)掃描速率旋鈕“SEC/DIV水平距離盡量拉大，但是不能超過限時(shí)屏幕（為什么？）李薩茹圖形xfx

,在y軸輸入端輸入另一個(gè)正弦信號(hào)，頻率為fy

,當(dāng)兩者的頻率成簡(jiǎn)單整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，示波屏上就顯示一穩(wěn)定的圖形，稱為李薩如圖形。5-26N和N分別表示水平切線和x yffx y

的關(guān)系是f N Ny x，或f yff N x N x Y x

（11-2）如果fy

已知，從熒光屏上的圖形找出N及x

fy

，因而，可通過觀察李薩如圖形可偏轉(zhuǎn)板上輸入f，改變f，使顯示屏上顯示比較yx穩(wěn)定的李薩茹圖形，如圖14-7所示，其中Nx1,Ny2，則待測(cè)信號(hào)的頻率為fxNNyfy2150。x例如：Y偏轉(zhuǎn)板上輸入fy50Hzf4-1xf值。x【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求】一、示波器實(shí)現(xiàn)X-Y狀態(tài)下的基本操作在熟悉示波器、信號(hào)發(fā)生器各旋鈕作用的基礎(chǔ)上，先后調(diào)出“一個(gè)亮度點(diǎn)——實(shí)現(xiàn)X-Y狀態(tài)。示波器操作：掃描速率旋鈕（24）逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至X-Y檔，即CH通道⑦自動(dòng)與X1軸偏轉(zhuǎn)板接通，CH通道（14）自動(dòng)與Y軸偏轉(zhuǎn)板接通，便可實(shí)現(xiàn)X-Y狀態(tài)，以完成下列各項(xiàng)。21“一個(gè)亮度點(diǎn)”的調(diào)節(jié)——X、Y軸偏轉(zhuǎn)板上不加電壓信號(hào)。示波器操作：將掃描方式（22）的自動(dòng)鍵按下；CH1

通道與CH通道2各輸入端不輸入電壓信號(hào)；先后適當(dāng)調(diào)節(jié)輝度旋鈕②、聚焦旋鈕③、水平位移旋鈕（19、豎直位移旋鈕（15，便在示波器顯示屏正中央處可觀察到“一個(gè)亮度點(diǎn)2“一條水平亮度線”的調(diào)節(jié)——1項(xiàng)的基礎(chǔ)上，向X軸偏轉(zhuǎn)板加正弦波電壓信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器操作：選擇正弦波形—按下旋鈕（12）調(diào)節(jié)；示波器操作：由信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端通過探頭導(dǎo)線給示波器CH通道⑦輸入正１弦波電壓信號(hào)，適當(dāng)調(diào)節(jié)CH通道的垂直靈敏度旋鈕⑧，在示波器顯示屏上便可觀察到大小合適的“一條1水平亮度線”。3“一條垂直亮度線”的調(diào)節(jié)——在完成（1）CH通道CH通２ 2道的垂直靈敏度旋鈕1，在示波器顯示屏上便可觀察到大小合適的“一條垂直亮度線4“李薩茹圖形”的調(diào)節(jié)——在完成上述、23各項(xiàng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)分別向X適當(dāng)調(diào)節(jié)CH通道和CH通道的垂直靈敏度旋鈕⑧16；信號(hào)發(fā)生器操作：由信號(hào)發(fā)生器后面板正弦波１ 2（50Hz2V）輸出端口和前面板電壓輸出端口通過探頭導(dǎo)線同時(shí)分別給示波器CH通道⑦和１CH通道（14）輸入正弦波電壓信號(hào)，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器所輸出信號(hào)的頻率，同時(shí)觀察示波器顯示屏上波形２至到基本穩(wěn)定即可（5。李薩如圖形N李薩如圖形NxNyfy（HZ）f（HZ）x二、示波器實(shí)現(xiàn)非X-Y狀態(tài)下的基本操作——實(shí)現(xiàn)非X-Y狀態(tài)。示波器操作：將掃描速率旋鈕順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)離開X-Y檔，至掃描速率的任意一檔，便實(shí)現(xiàn)非X-Y狀態(tài)（即由掃描發(fā)生器在X軸偏轉(zhuǎn)板上自動(dòng)加一掃描電壓，以完成下列各項(xiàng)。1、穩(wěn)定正弦波形的調(diào)節(jié)（1）.“一條正弦波形線”的調(diào)節(jié)——在X軸偏轉(zhuǎn)板上加一掃描電壓信號(hào)。示波器操作：將掃描速率旋鈕（24）順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)而離開X-Y檔，旋到適當(dāng)位置，便由掃描發(fā)生器在X軸偏轉(zhuǎn)板上自動(dòng)加一掃描電壓?！赮軸偏轉(zhuǎn)板上加一待測(cè)正弦波電壓信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器操作：選擇正弦波形—按下對(duì)應(yīng)波形鍵⑤，選擇適當(dāng)頻率—由頻率范圍選擇鍵⑦、頻率調(diào)節(jié)旋鈕③調(diào)節(jié)，選擇適當(dāng)電壓—由幅度調(diào)節(jié)旋鈕（12）的CHCH通道⑦輸入正弦波電壓信號(hào)（提1 1示：或?qū)⒋怪狈绞降腃HCH（14）輸入也可實(shí)現(xiàn)。2 2——實(shí)現(xiàn)同步（保持掃描電壓信號(hào)周期TT的整數(shù)倍，即T=nT）x y x y示波器操作：調(diào)節(jié)觸發(fā)電平控制選鈕（21）適當(dāng)位置，此時(shí)在示波器顯示屏上便可觀察到一條穩(wěn)定的正弦波形線（當(dāng)掃描方式平即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步。（2）.測(cè)量待測(cè)信號(hào)的電壓-峰值V 及頻率fP)①.測(cè)量頻率f示波器操作：在上述（1）旋鈕（2）至滿度（即校準(zhǔn)）狀態(tài)；適當(dāng)調(diào)節(jié)水平位移旋鈕（1、豎直位移旋鈕15）為止；讀取下列有關(guān)參數(shù)：示波器顯示屏上所顯波形一個(gè)周期的波形所占格數(shù)；掃描速率旋鈕（24）的檔位數(shù)。T=一個(gè)周期的波形所占格數(shù)×掃描速率旋鈕檔位數(shù)，則f1。T②.測(cè)量電壓峰-峰值VP)示波器操作：在上述（1）中已調(diào)出穩(wěn)定、合適正弦波形線的基礎(chǔ)上，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)所顯示波形信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸入通道CH或CH）的垂直靈敏度微調(diào)旋鈕（⑨或1）至滿度（即校準(zhǔn)）狀態(tài)；適當(dāng)調(diào)節(jié)水平1 2位移旋鈕19、豎直位移旋鈕15）到便于讀取格數(shù)為止；讀取下列有關(guān)參數(shù)：示波器顯示屏上所顯波形波峰與波谷之間的垂直距離所占格數(shù)；信號(hào)輸入通道靈敏度旋鈕檔位數(shù)。電壓峰峰值V 波形波峰與波谷間垂直距離所占格數(shù)×信號(hào)輸入通道靈敏度旋鈕檔位數(shù)。P)2“一條穩(wěn)定方波波形線”的調(diào)節(jié)3“一條穩(wěn)定三角波形線”的調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器操作：選擇三角波波形—按下對(duì)應(yīng)波形鍵⑤即可。將上述實(shí)驗(yàn)有關(guān)參數(shù)一并填入下表。P-P示波器P-P示波器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器波形波峰到Y(jié)通道電壓靈敏 一個(gè)完整波谷點(diǎn)的幅 度旋鈕擋位 V（V） 波形所占P-P值(div) （mv/div） 格數(shù)(div)掃描速率因數(shù)旋鈕擋位（ms/div）T f（ms）正弦波正弦波(3.6V,0.8KHz)（5V,1KHz）三角波（選做）（5V,1KHz）【注意事項(xiàng)】1、必須先弄清你所使用的示波器、信號(hào)發(fā)生器的型號(hào)與面板上各旋鈕的作用后再開始實(shí)驗(yàn)。2、熒光屏上的光點(diǎn)亮度不可調(diào)的太強(qiáng)（即“輝度”旋鈕隱條的適中一點(diǎn)的時(shí)間過長(zhǎng)，以免損壞熒光屏。3意亂旋動(dòng)。實(shí)驗(yàn)六電表的改裝和校準(zhǔn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握改裝電流表和電壓表的原理和方法；2、學(xué)會(huì)校準(zhǔn)電流表和電壓表?！緦?shí)驗(yàn)儀器】微安表(量程100A)、毫安表、伏特表、ZX21型旋轉(zhuǎn)式電阻箱、滑線變阻器、直流穩(wěn)壓電源【實(shí)驗(yàn)原理】的電流表和電壓表。1、擴(kuò)大微安表的量程若要擴(kuò)大微安表(或毫安表)的量程，只要在微安表兩端并聯(lián)一個(gè)低電阻1、擴(kuò)大微安表的量程若要擴(kuò)大微安表(或毫安表)的量程，只要在微安表兩端并聯(lián)一個(gè)低電阻R1s聯(lián)了分流電阻R，s大部分電流將從R流過，這樣由分流電阻R和表頭組成的整s s體就可以測(cè)量較大的電流了。g

Rg

，若要把它的量程擴(kuò)大為

圖1與表頭并聯(lián)的分流電阻RsI，分流電阻R0

應(yīng)當(dāng)多大？AB間的電流為I0

時(shí)，流過微安表的電流為Ig

(這時(shí)微安表的指針剛好指到滿刻度)，流過Rs

的電流I=I-I，由于并聯(lián)電路兩端電壓相等，故s 0 gIIR0 g s g gIRR g gs I I0 g

(1)通常取I=，100I，…，故分流電阻R一般為R/9

/99，…。即：要把表頭的量程0 g g s g gm倍，分流電阻應(yīng)取RR gs m12、把微安表改裝成電壓表若要把微安表改裝成電壓表，只要用一個(gè)高電阻Rm

(稱為分壓電阻)與原微安表串聯(lián)即可，如圖2所示。由于串聯(lián)了分壓電阻Rm

，總電壓的大部分降在Rm

上，這樣由分壓電阻Rm

和表頭組成的整體就可以測(cè)量較大的電壓了。設(shè)微安表的量程為Ig

，內(nèi)阻為R，若要把它改裝成量程為gV的電壓表，分壓電阻R0

應(yīng)取多大?B兩點(diǎn)間的電壓為V0

時(shí)，流過微安表的電流為Ig

(這時(shí)微安表的指針剛好指到滿刻度。因此只要在微安表的標(biāo)度盤上直接標(biāo)上與該電流相應(yīng)的電壓，微安表就成為電壓表了)，根據(jù)歐姆定律，得V I

VR) R 0 R

(2)

圖2與表頭串聯(lián)的分壓電阻Rm0 g g

m I g【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、把量程為100A的微安表改裝成量程為1mA的毫安表（1）I（1）I=100g的分流電阻RA，I=1mA，根據(jù)(1)式計(jì)算出微安表M0s（2）3R的阻值等于R。2 s這樣虛線框內(nèi)由分流電阻R和表頭組成的整體就成為量程s為1mA的毫安表了。圖中的毫安表作為標(biāo)準(zhǔn)表，用來校準(zhǔn)改裝成的毫安表。KE、1C之間的電壓V，當(dāng)微安表M的讀數(shù)I，分別為100.0A，AC W90.0A，…，10.0A，0.0A(相當(dāng)于改裝毫安表的讀數(shù)IG分別為1.0mA，0.9mA，…，0.1mA，0.0mA)時(shí)，記下標(biāo)準(zhǔn)毫安表對(duì)應(yīng)的讀數(shù)I。（4）以II)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出ΔI一

校準(zhǔn)曲線(應(yīng)將各點(diǎn)連成G B G G折線，而不是光滑曲線)。2、把量程為100A的微安表改裝成量程為1V的伏特表（1）I=100A，V=1V(2)式計(jì)算出微安表M的分壓電阻R。g 0 m（2）4接好電路。調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值等于R。這樣虛線框內(nèi)由分壓電阻

和表頭組成的整體2 m m伏特表。（3）閉合K，將電源E的輸出電壓調(diào)到1.5V，調(diào)節(jié)伏特表。（3）閉合K，將電源E的輸出電壓調(diào)到1.5V，調(diào)節(jié)A、1C間的電壓V，當(dāng)微安表M的讀數(shù)I100.0A，AC W90.0A，…，10.0A,0.0A(相當(dāng)于改裝的伏特表的讀數(shù)VG對(duì)應(yīng)的讀數(shù)V。B（4）以VV)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)G紙上做出ΔV一V校準(zhǔn)曲線。GBG【測(cè)量記錄和數(shù)據(jù)處理】R＝ Ωg1、量程為100A的微安表改裝成量程為1mA的毫安表原始數(shù)據(jù)記錄表sI(W)sI(W)0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0I(mG)0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0I(m)BIIBI(mG)I(WI(W)Ω0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0V(V)G0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0V(V)BVV V(V)B G【注意事項(xiàng)】1、線路連好后，須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后方可接通電源！【思考題】1分流電阻應(yīng)調(diào)大還是調(diào)?。?分壓電阻應(yīng)調(diào)大還是調(diào)??？實(shí)驗(yàn)七太陽能電池基本特性測(cè)量太陽電池SolarCell，也稱為光伏電池，是將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。由這種器件封裝成太陽電池組件，再按需要將一塊以上的組件組合成一定功率的太陽電池方陣，經(jīng)與儲(chǔ)能裝置、測(cè)量控制裝置及直流-交流變換裝置等相配套，即構(gòu)成太陽電池發(fā)電系統(tǒng)，也稱為之光伏發(fā)電系統(tǒng)。它具有不消耗常規(guī)能源、無轉(zhuǎn)動(dòng)部件、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用方便、功率大小可任意組合、無噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)。世界上第一塊實(shí)用型半導(dǎo)體太陽電池是美國貝爾實(shí)驗(yàn)室于195440少電地區(qū)及某些特殊領(lǐng)域（通信設(shè)備、氣象臺(tái)站、航標(biāo)燈等）的重要電源。隨著太陽電池制造成本的不斷降低，太陽能光伏發(fā)電將逐步地部分替代常規(guī)發(fā)電。近年來，在美國和日本等發(fā)達(dá)國家，太陽能光伏發(fā)電已進(jìn)入城市電網(wǎng)。從地球上化石燃料資源的漸趨耗竭和大量使用化石燃料必將使人類生態(tài)環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的戰(zhàn)略觀點(diǎn)出發(fā)，世界各國特別是發(fā)達(dá)國家對(duì)于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)十分重視，將其擺在可再生能源開發(fā)利用的首位。因此，太陽能光伏發(fā)電有望成為21世紀(jì)的重要新能源。有專家預(yù)言，在21世紀(jì)中葉，太陽15%~20%，成為人類的基礎(chǔ)能源之一，在世界能源構(gòu)成中占有一定的地位?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解太陽電池的工作原理及其應(yīng)用；【實(shí)驗(yàn)原理】1、太陽電池的結(jié)構(gòu)【實(shí)驗(yàn)原理】1、太陽電池的結(jié)構(gòu)以晶體硅太陽電池為例，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。晶體硅太陽電池以硅半導(dǎo)體材料制成大面積pn結(jié)進(jìn)行工作。一般采用n+/p同質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，如在約10cm×10cm面積的p型硅片（厚度約500m）上用擴(kuò)散法制作出一層很薄（厚度~0.3m）的經(jīng)過重參雜的n型層。然后在n型層上面制作金屬柵線，作為正面接觸電極。在整個(gè)背面也制作金屬膜，作為背面歐姆接觸電極。這樣就形成了晶體硅太陽電池。為了減少光的反射損失，一般在整個(gè)表面上再覆蓋一層減反射膜。2、光伏效應(yīng)當(dāng)光照射在距太陽電池表面很近的pn結(jié)時(shí)，只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度E，則g在p區(qū)、n區(qū)和結(jié)區(qū)光子被吸收會(huì)產(chǎn)生電子–空穴對(duì)。那些在結(jié)附近n區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子由于存在濃pnp區(qū)與n電場(chǎng)方向由n區(qū)指向p區(qū)，這個(gè)電場(chǎng)稱為內(nèi)建電場(chǎng)。這些擴(kuò)散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子（空穴）在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下被拉向p區(qū)。同樣，如果在結(jié)附近p區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子（電子）擴(kuò)散到結(jié)界面處，也會(huì)被內(nèi)建電場(chǎng)迅速被拉向nn區(qū)和ppn結(jié)附近，使p電荷，這樣在pn（PhotovoltaicEffect,縮寫為P。3、太陽電池的表征參數(shù)太陽電池的工作原理是基于光伏效應(yīng)。當(dāng)光照射太陽電池時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)由n區(qū)到p區(qū)的光生電流I。phpnIpnD因此，實(shí)際獲得的電流I為qVII Iph D

I Iph

exp

D 1nkTB

（1）式中VD

為結(jié)電壓，I0

ph

為與入射光的強(qiáng)度成正比的光生電流，其比例系數(shù)是由n稱為理想系數(shù)n值，是表示pn結(jié)特性的參數(shù)，通常在1~2之間。qB

為溫度。如果忽略太陽電池的串聯(lián)電阻R，V即為太陽電池的端電壓式可寫為II Iph

exp

s DqV1nkTB

（2）當(dāng)太陽電池的輸出端短路時(shí)，V=0（VD

≈0，由）短路電流I Isc ph

（3）即太陽電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強(qiáng)度成正比。當(dāng)太陽電池的輸出端開路時(shí)，I=0，由和開路電壓nkT IV Boc q

lnsc I0

（4）當(dāng)太陽電池接上負(fù)載R時(shí)，所得的負(fù)載伏–安特性曲線如圖2R可以從零到無窮大。當(dāng)負(fù)載R使太陽電池的功率輸出為最大時(shí)，它對(duì)應(yīng)的最大功率P為m mP IVm m m

（5）Im

V最佳工作電流VIm oc

的成積與最大功率Pm

之比定義為填充因子mFF Pm VmIm

（6）VI VIocsc ocscFF為太陽電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強(qiáng)、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。太陽電池轉(zhuǎn)換效率 定義為太陽電池的最大輸出功率與照射到太陽電池的總輻射能Pin

之比，即Pm 100% （7）Pin4、太陽電池的等效電路太陽電池可用pn結(jié)二極管D、恒流源I

、太陽電池的電極等引起的串聯(lián)電阻Rs

ph和相當(dāng)于pn結(jié)泄漏電流的并聯(lián)電阻Rsh組成的電路來表示，如圖3所示，該電路為太陽電池的等效電為II

exp

RV RIs 1 sph （8）

nkT RB sh為了使太陽電池輸出更大的功率，必須盡量減小串聯(lián)電阻R，增大并聯(lián)電阻R。s sh【實(shí)驗(yàn)儀器】1、太陽能光伏組件，功率為5瓦。2、輻射光源，300瓦鹵鎢燈。3、數(shù)字萬用表，2個(gè)。4、接線板，負(fù)載電阻。1、將太陽能光伏組件，數(shù)字萬用表，負(fù)載電阻通過接線板連接成回路，改變負(fù)載電阻1、將太陽能光伏組件，數(shù)字萬用表，負(fù)載電阻通過接線板連接成回路，改變負(fù)載電阻和負(fù)載上的電壓V，即可得到該光伏組件的伏–安特性曲2、分別測(cè)量以下幾種條件下光伏組件地伏-安特性曲線：輻射光源與光伏組件地距離為60輻射光源與光伏組件地距離為80輻射光源與光伏組件地距離為80c，并且光伏組件轉(zhuǎn)過一角度（如30度；輻射光源與光伏組件地距離為80輻射光源與光伏組件地距離為803、用坐標(biāo)紙或計(jì)算機(jī)繪圖軟件畫出不同條件下：光伏組件的伏–安特性曲線；光伏組件的輸出功率PV的變化；光伏組件的輸出功率P隨負(fù)載電阻R的變化。確定不同條件下光伏組件的短路電流

，開路電ocmmVPIocmm

scm及負(fù)載電阻Rm，填充因子FF，并將這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列在m同一表格內(nèi)進(jìn)行比較?！咀⒁馐马?xiàng)】1、輻射光源的溫度較高，應(yīng)避免與燈罩接觸。2、輻射光源的供電電壓為220V，應(yīng)小心觸電。太陽電池伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表IImA60cmRV//vΩPAVImA80cmRV//vΩPAVImA80cm300RV//vΩPAVImA80cmRV//vΩPAVImA80cmRV//vΩPAV實(shí)驗(yàn)八非線性元件伏安特性的測(cè)量滿足歐姆定律URIUI成線性關(guān)系，這種電阻叫分電阻表示，定義為R dUdI

（1）它表示電壓隨電流的變化率，又叫動(dòng)態(tài)電阻或特性電阻。這個(gè)定義是電阻的普遍定義。研究與隧道二極管負(fù)電阻有關(guān)的隧穿現(xiàn)象而獲得1973【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?配套的實(shí)驗(yàn)儀器，測(cè)繪出它們的伏安特性曲線。2、學(xué)習(xí)從實(shí)驗(yàn)曲線獲取有關(guān)信息的方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】11圖1二極管的伏安特性1、檢波和整流二極管41流通的電流很小，繼續(xù)增加電壓時(shí)，電流急劇上升。這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓稱為二極管的開啟電壓，它與0.2~0.7V。第4象限區(qū)又稱為反向工作區(qū)，其特點(diǎn)是加一個(gè)相當(dāng)高的電壓時(shí)，電流會(huì)突然增大，導(dǎo)致?lián)p壞，這種現(xiàn)象稱為擊穿。檢波二極管和整流二極管工作范圍不能超過擊穿區(qū)。檢波二極管的PN結(jié)是針形接觸，其特點(diǎn)是工作電流小，工作頻率范圍的寬，但反向耐壓低。整流二極管的PN結(jié)是面形接觸，其特點(diǎn)是工作電流大，工作頻率低，反向耐壓可達(dá)上千壓。它們的共同特點(diǎn)是要求反向工作時(shí)流過的電流越小越好。2、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管工作在第4象限．而且工作在擊穿區(qū)。其特點(diǎn)是反向工作電壓加到一定值時(shí)，電流突然增措施，PN3、發(fā)光二極管發(fā)光二極管由半導(dǎo)體發(fā)光材料制成，工作在第1象限。要發(fā)的光的波長(zhǎng)與材料的禁帶寬度E對(duì)應(yīng)．根E=eV=V2~3V。當(dāng)加在發(fā)光二極管兩端的電壓管處于導(dǎo)通狀態(tài)并發(fā)光，此時(shí)電流與電壓呈線性關(guān)系，直線與電壓坐標(biāo)的交點(diǎn)可以認(rèn)為是開啟電壓?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1、非線性元件：檢波二極管，整流二極管和發(fā)光二極管。2、電源與儀表：直流穩(wěn)壓電源（0～20V、直流恒流電源（0～2mA，0～20mA，數(shù)字萬用表（2?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、檢波和整流二極管（選一種二極管）檢波二極管2mAV≤1.2V20反向伏安特性：測(cè)量電路見圖3，反向電壓V≤20V，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)不少于10個(gè)。整流二極管2，最大正向電流I≤20mA，二極管兩端電壓V≤1V20反向伏安特性：測(cè)量電路見圖3，反向電壓V≤20V，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)不少于10個(gè)。2、穩(wěn)壓二極管測(cè)量穩(wěn)壓二極管的反向伏安特性曲線。測(cè)量電路見圖4,穩(wěn)壓二極管的最大反向電流小于30mA，工作電壓約為5V左右。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)不得少于20個(gè)。并解釋穩(wěn)壓管的工作原理，給出工作電壓。測(cè)量是注意電流不能超過30mA。3、發(fā)光二極管正向伏安特性：測(cè)量電路見圖4，此時(shí)采用恒流源。根據(jù)伏安特性曲線和實(shí)驗(yàn)中的觀察（紅外除外）找到的開啟電壓，并根據(jù)公式eU hc （2）計(jì)算4個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出光的波長(zhǎng)。其中h為普朗克常數(shù)，c為光速，λ為光的波長(zhǎng)。發(fā)光二極管最大正向電流I≤20mA，二極管兩端電壓V≤3V，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)不少于15個(gè)。數(shù)據(jù)表格自擬。圖2 圖3 圖4【注意事項(xiàng)】1通，反向截止。2勻分布在實(shí)驗(yàn)曲線上。3、整個(gè)測(cè)量過程中，要保證電流表的量程不變。4、實(shí)驗(yàn)后對(duì)每一元件進(jìn)行檢查。【思考題】試總結(jié)各非線性元件的伏安特性。實(shí)驗(yàn)九薄透鏡焦距的測(cè)量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)使之共軸，并了解視差原理的實(shí)際應(yīng)用；2、掌握薄透鏡焦距的常用測(cè)定方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】【實(shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)原理】1f’p的像距為p，則透鏡成像的高斯公式為(1)故f'ppp'p'(2)1111p'pf'應(yīng)用上式時(shí)，必須注意各物理量所適用的符號(hào)定則。本規(guī)定：距離自參考點(diǎn)（薄透鏡光心）光線進(jìn)行方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)。運(yùn)算時(shí)已知量須添加符號(hào)，未知量則根據(jù)求得結(jié)果中的符號(hào)判斷其理量意義?！緶y(cè)量方法】1、共軛法求焦距設(shè)保持物體與像屏的相對(duì)位置不變，并使其間距離L大于4通過移動(dòng)透鏡的位置，可以在像屏上看到兩次清晰的像，如圖2II）之間的距離的絕對(duì)值為d。運(yùn)用物像的共軛對(duì)稱性，容易證明d2f' 4l (3)p2兩次成像法光路圖式3表明，只要測(cè)出d和，就可以算出。由于f是通過透鏡兩次成像求得的，因而這種方法被稱為二次成像法或貝塞耳法。同時(shí)可以看出，利用（1）（2）式時(shí)，都是把透鏡看成無限薄的，物距和p2兩次成像法光路圖2、自準(zhǔn)法測(cè)焦距如圖3所示，假設(shè)將物體置于透鏡焦平面p