利用式(2)可以精确地测量波长.由于发射器发出的是近似于平面波的声波,当接收器端面垂直于波的传播方向时,其端面上各点都具有相同的位相.沿传播方向移动接收器,可以找到一些位置使得接收到的信号与发射器的激励电信号同相,相邻两次达到同相时,接收器所移动的距离必然等于声波的波长.
为了判断位相差并且测定波长,可以利用示波器显示接收器的信号波形,并且沿波传播方向移动接收器寻找接收器信号的同相点.也可以利用李萨如图形判断位相差,如图3所示.当这两信号同相或反相时,李萨如图形由椭圆退化为向右或向左斜的直线,利用李萨如图形形成斜直线来判断位相差最为敏锐.沿波传播方向移动接收器,当位相差改变时相应距离的改变量即为半波长(/2).
图3
【实验步骤】
1,共振法测声速
(1)将接收器S2稍移开一段距离,与发射器Sl相距2～3cm.
(2)按图15-1连接好各仪器.
(3)将换能器系统调到谐振状态:示波器置于"X-Y" 工作方式,"CH2"接地,接收器S2信号输入"CH1",信号发生器频率从33KHZ到39KHZ,由高向低数位调节(取4位有效数字),直到换能器产生共振,"电—声—电"转换最强,适当选择示波器"V/div",荧光屏显示Y向亮线最大,换能器系统到达谐振状态.记录频率值f,此后整个实验过程中不再改变信号频率.
(4)缓慢远移接收器,每当接收信号最大时,记录接收器位置,连续记录16个数据.
(5)改变声音传播的介质(水,油)重复步骤(3)和(4).
2,位相比较法测声速
按共振法测声速(1),(2),(3)操作,调好谐振频率,"CH2"输入发射器Sl信号,适当选择示波器"V/div",屏上出现李萨如图形,缓慢远移接收器,每当李萨如图形由椭圆变为直线时(包括正,负斜率两种情况),记录接收器位置,连续记录16个数据
实验二 超导体超导特性的测量
【实验目的】
了解超导材料的基本电特性和测量方法;
了解低温下半导体pn节的伏安特性与温度的关系;
了解低温实验的测量方法.
【实验仪器】
漏热式恒温器,杜瓦瓶,恒流电源,控温器,微伏电压表等
【实验原理】
1高温超导材料电性
1911年,卡莫林-昂内斯发现,将汞冷却到-268.98oC时,汞的电阻突然消失,后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞类似的低温下失去电阻的特性,通常把具有这种特性的材料称为超导体,超导现象是超导材料的主要性质之一,把超导体店主突然变为零时温度称为超导转变温度.转变温度并不只是由温度决定,只有保持在外磁场,流经电流和应力等值足够低时,超导样品的转变温度超导临界转变温度Tc.由于一般上述条件不能完全满足(比如地磁场),而且超导转变往往有一个区域,因此引入起始转变温度Tconset,零点阻温度Tc0,和中点转变温度Tcm来表示,一般所说的转变温度Tc指的是Tcm.
高温超导体样品超导特性的测量采用如图2所示的四端接法,外两根导线为电流端,内两根导线为电压端,这样可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差.
2,PN节伏安特性与温度的关系
在半导体理论中可导出PN节的电压V和电流密度J的关系
其中常数r≈1,A是比例因子,qVg=Eg,Eg是禁带宽度,Vg称能隙电压,J-V曲线如图3所示.
对上式两端去对数,整理后得到 (2)
在正常情况下,V0.5时,金属的电阻正比于温度T,其中θ是德拜温度
(4)
式中h是普朗克常数,kB是波尔兹曼常数,vmax是晶格极大频率.
上述结论是对纯金属而言,而实际上金属是存在杂质,缺陷,位错等,它们会对金属造成附加电阻,这部分电阻近似地与温度无关,在金属的纯度很高时,金属的总电阻率可表示为 (5)
在液氮温度以上时,,因此有ρ≈ρi(T).在液氮温度到室温的范围内,其电阻近似与绝对温度T成正比.
铂的性能稳定,电阻的温度系数较高,不易氧化,线性好,复现性好,常被用作温度的精密测量,其测量的低温端可达13.81K.
【实验步骤】
测量超导体的转变温度Tc
测量pn结与温度的关系,做V-T的关系曲线,对每一温度点,恒流分别去1μA和50μA,可做出两条斜率不同的曲线,其反向延长线交于T=0K位置,即可求出能隙电压Vg.
【注意事项】
所有盛放低温物体的容器不能盖严,必须留有供蒸汽逸处的孔道
灌入低温物体时,开始要慢,实验装置不要壁

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