BILDUNGSMINISTERIUM DER RUSSISCHEN FÖDERATION
SIBIRISCHE STAATLICHE LUFTFAHRT-UNIVERSITÄT
benannt nach dem Akademiker M.F. Reschetnew
Institut für Technische Physik
Labor Nr. 8
VIER-SONDEN-METHODE ZUR MESSUNG DES WIDERSTANDS VON HALBLEITERN
Richtlinien für die Durchführung von Laborarbeiten im Studiengang "Festkörperelektronik"
Zusammengestellt von: Parshin A.S.
Krasnojarsk 2003
Laborarbeit №8. Vier-Sonden-Verfahren zur Widerstandsmessung von Halbleitern1
Methodentheorie . 1
Versuchsaufbau . 3
Arbeitsauftrag .. 5
Anforderungen an die Formatierung von Berichten . 7
Testfragen .. 7
Literatur . 7
Laborarbeit №8. Vier SondeMethode zur Messung des Halbleiterwiderstands
Zielsetzung: Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des Spezifischen elektrischer Wiederstand Halbleiter nach der Vier-Sonden-Methode, Bestimmung der Bandlücke eines Halbleiters.
Methodentheorie
Vier Sonde Die Methode zur Messung des spezifischen Widerstands von Halbleitern ist die gebräuchlichste. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass bei ihrer Anwendung keine ohmschen Kontakte zur Probe hergestellt werden müssen, sondern der spezifische Widerstand von Proben unterschiedlichster Form und Größe gemessen werden kann. Bedingung für den Einsatz hinsichtlich der Form der Probe ist das Vorhandensein einer ebenen Fläche, deren Längenmaße die Längenmaße des Sondensystems übersteigen.
Die Schaltung zur Widerstandsmessung nach der Vier-Sonden-Methode ist in Abb. 1 dargestellt. 1. Vier Metallsonden mit kleiner Kontaktfläche werden entlang einer geraden Linie auf der ebenen Oberfläche der Probe platziert. Abstände zwischen Sonden s 1 , s2 und s3 . Durch externe Sonden 1 und 4 elektrischen Strom durchlassen ich 14 , auf internen Sonden 2 und 3 Messen Sie die Potentialdifferenz U 23 . Durch gemessene Werte ich 14 und U 23 Der spezifische Widerstand eines Halbleiters kann bestimmt werden.
Um die Berechnungsformel für den spezifischen Widerstand zu finden, betrachten wir zunächst das Problem der Potentialverteilung um eine separate Punktsonde (Abb. 2). Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, die Laplace-Gleichung in einem sphärischen Koordinatensystem zu schreiben, weil die Potentialverteilung hat Kugelsymmetrie:
.(1)
Die Lösung von Gleichung (1) vorausgesetzt, dass das Potential bei r=0 positiv, tendiert gegen Null, bei sehr groß r hat folgende Form
Integrationskonstante Mit kann aus der Bedingung für die elektrische Feldstärke berechnet werden E etwas Abstand von der Sonde r=r0 :
.
Da die Dichte des Stroms durch eine Halbkugel mit einem Radius fließt r0 , j =ich/(2πr0 2) und nach dem Ohmschen Gesetz j =E/ρ , dann E(r0)=Ich ρ / (2π r0 2).
Auf diese Weise
Wenn der Kontaktradius r1 , dann das Potential seiner Spitze
Es ist offensichtlich, dass das Potential auf der Probe am Punkt ihres Kontakts mit der Sonde den gleichen Wert hat. Gemäß Formel (3) folgt, dass der Hauptspannungsabfall in dem kontaktnahen Bereich auftritt und daher der Wert des durch die Probe fließenden Stroms durch den Widerstand des kontaktnahen Bereichs bestimmt wird. Die Länge dieses Bereichs ist umso kleiner, je kleiner der Radius der Sonde ist.
Das elektrische Potential an jedem Punkt der Probe kann als algebraische Summe der Potentiale ermittelt werden, die an diesem Punkt durch den Strom jeder Sonde erzeugt werden. Für den in die Probe fließenden Strom ist das Potential positiv und für den aus der Probe fließenden Strom negativ. Für das in Abb. 1 die Potentiale der Messsonden 2 und 3
;
.
Potentialdifferenz zwischen Messkontakten 2 und 3
Daher der spezifische Widerstand der Probe
.(5)
Sind die Abstände zwischen den Sonden gleich, d.h. s 1 = s 2 = s 3 = s , dann
Also, um das Spezifische zu messen elektrischer Wiederstand Probe mit der Vier-Sonden-Methode messen, reicht es aus, den Abstand zwischen den Sonden zu messen s , Spannungsabfall U 23 an den Messsonden und dem durch die Probe fließenden Strom ich 14 .
Versuchsaufbau
Der Messaufbau ist auf Basis eines universellen Laborstativs realisiert. Bei dieser Laborarbeit kommen folgende Geräte und Ausstattungen zum Einsatz:
1. Wärmekammer mit Probe und Messkopf;
2. Gleichstromquelle TES-41;
3. Gleichspannungsquelle B5-47;
4. Universal-Digitalvoltmeter V7-21A;
5. Anschlussdrähte.
Das Blockschaltbild des Versuchsaufbaus ist in Abb. 1 dargestellt. 3.
Die Probe wird auf dem Messtisch der Wärmekammer platziert. Der Messkopf wird durch den Federmechanismus des Manipulators auf die planpolierte Oberfläche der Probe gedrückt. Im Inneren des Messtisches befindet sich eine Heizung, die von einer stabilisierten Gleichstromquelle TES-41 gespeist wird und im Stromstabilisierungsmodus arbeitet. Die Probentemperatur wird durch ein Thermoelement oder gesteuert thermischer Widerstand. Um den Messvorgang zu beschleunigen, können Sie die im Anhang dargestellten Gradkurven verwenden, mit denen Sie aus dem Heizstrom die Temperatur der Probe bestimmen können. Der Heizstromwert wird mit einem in die Stromquelle eingebauten Amperemeter gemessen.
Strom durch Kontakte 1 und 4 wird mit einer einstellbaren stabilisierten Gleichstromquelle B7-47 erzeugt und von einem universellen digitalen Gerät V7-21A gesteuert, das im Amperemeter-Modus eingeschaltet ist. Die zwischen den Messsonden 2 und 3 auftretende Spannung wird mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter V7-21A erfasst. Die Messungen müssen beim niedrigsten Strom durch die Probe durchgeführt werden, der durch die Möglichkeit bestimmt wird, niedrige Spannungen zu messen. Bei hohen Strömen ist eine Erwärmung der Probe möglich, was die Messergebnisse verfälscht. Durch die Reduzierung des Betriebsstroms wird gleichzeitig die Modulation der Probenleitfähigkeit reduziert, die durch die Injektion von Ladungsträgern während des Stromflusses verursacht wird.
Das Hauptproblem beim Messen elektrischer Wiederstand Sondenmethoden ist das Problem der Kontakte. Für Hochvakuumproben ist es manchmal notwendig, elektrische Kontaktierungen durchzuführen, um niedrige Kontaktwiderstände zu erhalten. Die Kontaktierung der Messsonde erfolgt durch kurzzeitiges Anlegen einer konstanten Spannung von mehreren zehn oder sogar hundert Volt an die Messsonde.
Arbeitsauftrag
1. Machen Sie sich mit der Beschreibung der für die Durchführung der Arbeiten erforderlichen Geräte vertraut. Bauen Sie das Schema des Messaufbaus nach Abb. 3. Achten Sie beim Anschließen von Universalvoltmetern V7-21A darauf, dass einer im Spannungsmessmodus und der andere in der Strommessung arbeiten muss. Im Diagramm sind sie durch Symbole gekennzeichnet. " Du" und " ICH" bzw. Prüfen Sie an diesen Geräten die korrekte Einstellung der Betriebsartenschalter.
2. Nach Überprüfung der Korrektheit des Aufbaus der Messanlage durch den Lehrer oder Ingenieur schalten Sie die Voltmeter und die Spannungsquelle B7-47 ein.
3. Stellen Sie die Spannung der Quelle B7-47 auf 5 V ein. Wenn sich Spannung und Strom an der Probe mit der Zeit ändern, dann mit Hilfe von Lehrern oder einem Ingenieur elektrisches Anformen der Kontakte der Messsonde.
4. Spannungsabfallmessungen durchführen U+ 23 und U– 23 für unterschiedliche Stromrichtungen ich 14 . Die erhaltenen Spannungswerte werden für th gemittelt, um auf diese Weise die durch den Temperaturgradienten auf der Probe entstehende longitudinale Thermo-EMK auszuschließen. Geben Sie die Daten des Experiments und die Berechnungen der Spannungswerte in Tabelle 1 ein.
Tabellenform 1
|
Ich lade, A |
T,K |
Ich 14, mA |
U + 23 , BEIM |
U – 23 , BEIM |
||
5. Wiederholen Sie die Messungen bei einer anderen Probentemperatur. Dazu müssen Sie den Strom der Heizung der Wärmekammer einstellen ich Belastung,= 0,5 A, warten Sie 5–10 Minuten, bis sich die Probentemperatur stabilisiert hat, und notieren Sie die Gerätemesswerte in Tabelle 1. Bestimmen Sie die Probentemperatur anhand der im Anhang aufgeführten Kalibrierkurve.
6. Führen Sie in ähnlicher Weise nacheinander Messungen für Heizstromwerte von 0,9, 1,1, 1,2, 1,5, 1,8 A durch. Tragen Sie die Ergebnisse aller Messungen in Tabelle 1 ein.
7. Verarbeitung der erhaltenen Versuchsergebnisse. Berechnen Sie dazu die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse 10 3 /T , Spezifisch elektrischer Wiederstand Probe bei jeder Temperatur ρ nach Formel (6), elektrische Leitfähigkeit
Natürlicher Logarithmus der elektrischen Leitfähigkeit ln σ . Notieren Sie alle Berechnungsergebnisse in Tabelle 2.
Tabellenform 2
|
T,K |
, K-1 |
ρ, Ohm m |
σ, (Ohmm) -1 |
Log σ |
|
8. Erstellen Sie einen Abhängigkeitsgraphen. Kurvenverlauf analysieren, Verunreinigungs- und Eigenleitfähigkeitsbereiche markieren. eine kurze Beschreibung der in der Arbeit gestellten Aufgabe;
· Messaufbaudiagramm;
· Ergebnisse von Messungen und Berechnungen;
· Abhängigkeitsgraph;
· Analyse der erhaltenen Ergebnisse;
· Arbeitsbeschlüsse.
Testfragen
1. Intrinsische und extrinsische Halbleiter. Bandstruktur von intrinsischen und Störstellenhalbleitern. Bandlückenbreite. Aktivierungsenergie der Verunreinigung.
2. Mechanismus der elektrischen Leitfähigkeit von intrinsischen und extrinsischen Halbleitern.
3. Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von intrinsischen Halbleitern.
4. Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von Fremdhalbleitern.
5. Bestimmung der Bandlücke und der Aktivierungsenergie einer Verunreinigung aus der Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit.
6. Vier Sonde Messmethode elektrischer Wiederstand Halbleiter: Anwendungsbereich, seine Vor- und Nachteile.
7. Das Problem der Potentialverteilung des elektrischen Feldes in der Nähe der Sonde.
8. Herleitung der Berechnungsformel (6).
9. Schema und Wirkungsweise des Versuchsaufbaus.
10. Erklären Sie den experimentell erhaltenen Abhängigkeitsgraphen, wie wurde die Bandlücke aus diesem Graphen bestimmt?
Literatur
1. Pawlow L.P. Methoden zur Messung der Parameter von Halbleitermaterialien: Ein Lehrbuch für Universitäten. - M.: Höher. Schule., 1987.- 239 S.
2. Lysov V.F. Workshop zur Halbleiterphysik. –M.: Aufklärung, 1976.- 207 S.
3. Epifanov G.I., Moma Yu.A. Festkörperelektronik: Tutorial. für Studenten. - M.: Höher. Schule., 1986.- 304 S.
4. Ch. Kittel, Einführung in die Festkörperphysik. - M.: Nauka, 1978. - 792 S.
5. Shalimova K.V. Halbleiterphysik: Lehrbuch für Gymnasien. - M .: Energie, 1971. - 312 p.
6. Fridrikhov S.A., Movnin S.M. Physikalische Grundlagen der Elektrotechnik: Ein Lehrbuch für Hochschulen. - M.: Höher. Schule ., 1982.- 608 S.
Lektion 47
Messung der Geschwindigkeit ungleichmäßiger Bewegung
Brigade __________________
__________________
Ausrüstung: Gerät zum Studium geradliniger Bewegung, Stativ.
Zielsetzung: Beweisen Sie, dass sich ein Körper, der sich geradlinig auf einer schiefen Ebene bewegt, mit gleichmäßiger Beschleunigung bewegt und bestimmen Sie den Wert der Beschleunigung.
In der Lektion haben wir während eines Demonstrationsexperiments sichergestellt, dass, wenn der Körper die schiefe Ebene, entlang der er sich bewegt (Magnetschwebebahn), nicht berührt, seine Bewegung gleichmäßig beschleunigt wird. Wir stehen vor der Aufgabe zu verstehen, wie sich der Körper in dem Fall bewegt, wenn er entlang einer schiefen Ebene gleitet, d.h. Zwischen der Oberfläche und dem Körper gibt es eine Reibungskraft, die eine Bewegung verhindert.
Stellen wir eine Hypothese auf, dass der Körper entlang einer schiefen Ebene gleitet, ebenfalls gleichmäßig beschleunigt, und überprüfen wir sie experimentell, indem wir die Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit von der Zeit aufzeichnen. Bei gleichmäßig beschleunigter Bewegung ist dieser Graph eine Gerade, die aus dem Ursprung kommt. Wenn der von uns aufgebaute Graph bis auf den Messfehler als Gerade betrachtet werden kann, dann kann die Bewegung auf dem untersuchten Bahnabschnitt als gleichmäßig beschleunigt betrachtet werden. Andernfalls handelt es sich um eine komplexere ungleichmäßige Bewegung.
Zur Bestimmung der Geschwindigkeit im Rahmen unserer Hypothese verwenden wir die Formeln der gleichförmig veränderlichen Bewegung. Wenn die Bewegung von der Ruhe ausgeht, dann v = beim (1), wo a- Beschleunigung, t- Reisezeit v- die Geschwindigkeit des Körpers zu einem Zeitpunkt t. Für gleichmäßig beschleunigte Bewegung ohne Anfangsgeschwindigkeit gilt die Beziehung s = beim 2 /2 , wo s- der Weg, den der Körper während der Bewegung t zurücklegt. Aus dieser Formel a =2 s / t 2 (2) Setzen Sie (2) in (1) ein, wir erhalten: (3). Um also die Geschwindigkeit eines Körpers an einem bestimmten Punkt der Bahn zu bestimmen, reicht es aus, seine Bewegung vom Startpunkt zu diesem Punkt und die Zeit der Bewegung zu messen.
Berechnung von Fehlergrenzen. Die Geschwindigkeit wird aus dem Experiment durch indirekte Messungen ermittelt. Durch direkte Messungen finden wir Weg und Zeit und dann nach Formel (3) die Geschwindigkeit. Die Formel zur Bestimmung der Geschwindigkeitsfehlergrenze lautet in diesem Fall: (4).
Auswertung der erzielten Ergebnisse. Aufgrund von Fehlern bei der Weg- und Zeitmessung liegen die Werte der Geschwindigkeit V nicht exakt auf einer Geraden (Abb. 1, schwarze Linie). Um die Frage zu beantworten, ob die untersuchte Bewegung als gleichmäßig beschleunigt angesehen werden kann, müssen die Fehlergrenzen der Geschwindigkeitsänderung berechnet werden, diese Fehler in der Grafik für jede geänderte Geschwindigkeit aufgetragen werden (rote Balken), ein Korridor gezogen werden (gestrichelte Linien) ,
Außerhalb der Fehlergrenzen. Ist dies möglich, so kann eine solche Bewegung bei gegebenem Messfehler als gleichmäßig beschleunigt betrachtet werden. Die vom Koordinatenursprung kommende Gerade (blau), die sich vollständig in diesem Korridor befindet und möglichst nahe an den gemessenen Werten der Geschwindigkeiten vorbeiführt, ist die gewünschte Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Zeit: V = at. Um die Beschleunigung zu bestimmen, müssen Sie einen beliebigen Punkt auf dem Diagramm nehmen und den Wert der Geschwindigkeit an diesem Punkt V 0 durch die Zeit an diesem Punkt t 0 teilen: a=v 0 / t 0 (5).
Arbeitsprozess:
1. Wir montieren die Anlage zur Ermittlung der Geschwindigkeit. Wir befestigen die Führungsschiene in einer Höhe von 18-20 cm, platzieren den Schlitten ganz oben auf der Schiene und positionieren den Sensor so, dass sich die Stoppuhr in dem Moment einschaltet, in dem sich der Schlitten zu bewegen beginnt. Der zweite Sensor wird nacheinander ungefähr in Abständen platziert: 10, 20, 30, 40 cm für 4 Experimente. Die Daten werden in eine Tabelle eingetragen.
2. Wir führen 6 Starts des Schlittens für jede Position des zweiten Sensors durch und tragen jedes Mal die Stoppuhrablesungen in die Tabelle ein. Tisch
Geschwindigkeit | Geschwindigkeit | Geschwindigkeit | Geschwindigkeit | ||||
3. Wir berechnen den Mittelwert der Schlittenbewegungszeit zwischen den Sensoren - t vgl.
4. Durch Einsetzen der Werte von s und t cf in Formel (3) bestimmen wir die Geschwindigkeiten an den Stellen, an denen der zweite Sensor installiert ist. Die Daten werden in eine Tabelle eingetragen.
5. Wir erstellen einen Graphen der Abhängigkeit der Wagengeschwindigkeit von der Zeit.
6
Weg- und Zeitmessfehler:
∆s= 0,002 m, ∆t=0,01 s.
7. Unter Verwendung von Formel (4) finden wir ∆V für jeden Geschwindigkeitswert. In diesem Fall ist die Zeit t in der Formel t vgl.
8. Die gefundenen Werte von ∆V werden für jeden gezeichneten Punkt in das Diagramm eingetragen.
. Wir bauen einen Fehlerkorridor und sehen, ob die berechneten Geschwindigkeiten V hineinfallen.10. Wir ziehen eine Gerade V=at in den Fehlerkorridor vom Koordinatenursprung und bestimmen den Beschleunigungswert aus dem Diagramm a nach Formel (5): a=
Fazit:__________________________________________________________________________________________________________________________________________
Labor Nr. 5
Labor Nr. 5
Bestimmung der Brechkraft und Brennweite einer Sammellinse.
Ausstattung: Lineal, zwei rechtwinklige Dreiecke, langbrennweitige Sammellinse, Glühbirne auf Stativ mit Sockel, Stromquelle, Schalter, Anschlussdrähte, Schirm, Führungsschiene.
Theoretischer Teil:
Der einfachste Weg, die Brechkraft und Brennweite einer Linse zu messen, ist die Verwendung der Linsenformel
d ist der Abstand vom Objekt zur Linse
f ist der Abstand von der Linse zum Bild
F - Brennweite
Die Brechkraft der Linse wird als Wert bezeichnet
Als Objekt wird ein mit diffusem Licht leuchtender Buchstabe in der Kappe des Illuminators verwendet. Das tatsächliche Bild dieses Buchstabens wird auf dem Bildschirm erhalten.
Das Bild ist echt seitenverkehrt vergrößert:
Das Bild ist imaginär direkt vergrößert:
Ungefährer Arbeitsfortschritt:
F = 8 cm = 0,08 m
F = 7 cm = 0,07 m
F = 9 cm = 0,09 m
Laborarbeit in Physik Nr. 3
Laborarbeit in Physik Nr. 3
Schüler der 11. Klasse "B"
Alekseeva Maria
Bestimmung der Freifallbeschleunigung mit einem Pendel.
Ausrüstung:
Theoretischer Teil:
Zur Messung der Beschleunigung des freien Falls werden verschiedene Gravimeter, insbesondere Pendelgeräte, verwendet. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Beschleunigung des freien Falls mit einem absoluten Fehler in der Größenordnung von 10 -5 m/s 2 zu messen.
Die Arbeit verwendet das einfachste Pendelgerät - eine Kugel an einem Faden. Bei kleinen Kugelgrößen im Vergleich zur Fadenlänge und kleinen Abweichungen von der Gleichgewichtslage ist die Schwingungsdauer gleich
Um die Genauigkeit der Periodendauermessung zu erhöhen, ist es erforderlich, die Zeit t einer verbleibenden großen Anzahl N von vollständigen Schwingungen des Pendels zu messen. Dann die Periode
Und die Freifallbeschleunigung kann durch die Formel berechnet werden
Durchführung eines Experiments:
Stellen Sie ein Stativ auf die Tischkante.
Verstärken Sie den Ring an seinem oberen Ende mit einer Kupplung und hängen Sie eine Kugel an einem Faden daran. Der Ball sollte in einem Abstand von 1-2 cm vom Boden hängen.
Messen Sie die Länge l des Pendels mit einem Maßband.
Erregen Sie die Schwingungen des Pendels, indem Sie die Kugel 5-8 cm zur Seite auslenken und loslassen.
Messen Sie in mehreren Versuchen die Zeit t 50 der Pendelschwingungen und berechnen Sie t cf:
Berechnen Sie den durchschnittlichen absoluten Fehler der Zeitmessung und tragen Sie die Ergebnisse in eine Tabelle ein.
Berechnen Sie die Freifallbeschleunigung mit der Formel
Bestimmen Sie den relativen Fehler der Zeitmessung.
Bestimmen Sie den relativen Fehler bei der Längenmessung des Pendels
Berechnen Sie den relativen Messfehler g mit der Formel
Fazit: Es stellt sich heraus, dass die mit einem Pendel gemessene Beschleunigung des freien Falls ungefähr gleich der tabellarischen Beschleunigung des freien Falls (g \u003d 9,81 m / s 2) bei einer Fadenlänge von 1 Meter ist.
Alekseeva Maria, Schülerin der 11. „B“-Klasse Gymnasium Nr. 201, Moskau
Physiklehrer des Gymnasiums Nr. 201 Lvovsky M.B.
Labor Nr. 4
Labor Nr. 4
Messung des Brechungsindex von Glas
Schüler der 11. Klasse "B" Alekseeva Maria.
Zielsetzung: Messung des Brechungsindex einer trapezförmigen Glasplatte.
Theoretischer Teil: Der Brechungsindex von Glas relativ zu Luft wird durch die Formel bestimmt:
Berechnungstabelle:
Berechnungen:
n pr1= AE1 / Gleichstrom1 =34mm/22mm=1,5
n pr2= AE2 / Gleichstrom2 =22mm/14mm=1,55
Fazit: Nachdem wir den Brechungsindex von Glas bestimmt haben, können wir beweisen, dass dieser Wert nicht vom Einfallswinkel abhängt.
Labor Nr. 6
Laborarbeit №6.
Messung einer Lichtwelle.
Ausstattung: Beugungsgitter mit einer Periode von 1/100 mm oder 1/50 mm.
Installationsdiagramm:
Halter.
Schwarzer Bildschirm.
Schmale vertikale Lücke.
Arbeitsziel: Experimentelle Bestimmung einer Lichtwelle mit einem Beugungsgitter.
Theoretischer Teil:
Ein Beugungsgitter ist eine Ansammlung einer großen Anzahl sehr schmaler Schlitze, die durch lichtundurchlässige Zwischenräume getrennt sind.
Quelle
Die Wellenlänge wird durch die Formel bestimmt:
Wobei d die Gitterperiode ist
k ist die Ordnung des Spektrums
Der Winkel, in dem das maximale Licht beobachtet wird
Beugungsgittergleichung:
Da die Winkel, bei denen die Maxima der 1. und 2. Ordnung beobachtet werden, 5 nicht überschreiten, kann man statt der Sinus der Winkel auch deren Tangenten verwenden.
Somit,
Distanz a entlang des Lineals vom Gitter bis zum Schirm die Entfernung gezählt b– auf der Bildschirmskala vom Spalt bis zur ausgewählten Linie des Spektrums.
Die endgültige Formel zur Bestimmung der Wellenlänge lautet
In dieser Arbeit wird der Messfehler von Wellenlängen aufgrund einiger Unsicherheiten bei der Wahl des mittleren Teils des Spektrums nicht abgeschätzt.
Ungefährer Arbeitsfortschritt:
b=8cm, a=1m; k=1; d = 10 -5 m
(rote Farbe)
d ist die Gitterperiode
Fazit: Nachdem wir die Wellenlänge von rotem Licht mit einem Beugungsgitter experimentell gemessen haben, kamen wir zu dem Schluss, dass Sie damit die Wellenlängen von Lichtwellen sehr genau messen können.
Lektion 43
Lektion 43
Messung der Körperbeschleunigung
Brigade ____________________
____________________
Zweck der Studie: Messen Sie die Beschleunigung der Stange entlang einer geraden geneigten Rutsche.
Geräte und Materialien: Stativ, Führungsschiene, Schlitten, Gewichte, Zeitsensoren, elektronische Stoppuhr, Schaumstoffunterlage.
Theoretische Begründung der Arbeit:
Wir bestimmen die Beschleunigung des Körpers nach der Formel: , wobei v 1 und v 2 die momentanen Geschwindigkeiten des Körpers an den Punkten 1 und 2 sind, gemessen zu den Zeiten t 1 bzw. t 2 . Wählen Sie für die X-Achse das Lineal entlang der Führungsschiene aus.
Arbeitsprozess:
1. Wir wählen zwei Punkte x 1 und x 2 auf dem Lineal aus, an denen wir Momentangeschwindigkeiten messen und ihre Koordinaten in Tabelle 1 eintragen.
Tabelle 1.
Punkte auf der X-Achse zum Messen der momentanen Geschwindigkeit | Δx 1 \u003d x ’ 1 - x 1 Δх 1 = cm | Δx 2 \u003d x ’ 2 - x 2 Δх 2 = cm |
||||
Definition von Zeitintervallen | Δt 1 \u003d t ’ 1 - t 1 Δ t 1 = c | Δt 2 \u003d t ’ 2 - t 2 Δ t 2 = c |
||||
Bestimmung der Momentangeschwindigkeit | v 1 \u003d Δx 1 / Δt 1 v 1 = Frau | v 2 \u003d Δx 2 / Δt 2 v 2 = Frau | Δ v= Frau |
|||
Bestimmung des zeitlichen Abstands zwischen Geschwindigkeitsmesspunkten | Δ t= mit |
|||||
Wagenbeschleunigung ermitteln | ||||||
3. Installieren Sie zuerst die Zeitmesssensoren an den Punkten x 1 und x ’ 1, starten Sie den Schlitten und notieren Sie das gemessene Zeitintervall für den Durchgang des Schlittens zwischen den Sensoren Δ t 1 an den Tisch.
4. Wiederholen Sie die Messung für das Intervall Δ t 2 , die Zeit, während der der Schlitten zwischen den Punkten x 2 und x ’ 2 vorbeifährt, die Sensoren an diesen Punkten setzt und den Schlitten startet. Die Daten werden auch in eine Tabelle eingetragen.
5. Bestimmen Sie die Momentangeschwindigkeiten v 1 undv 2 an den Punkten x 1 und x 2 sowie eine Geschwindigkeitsänderung zwischen den Punkten Δ v, Daten werden in eine Tabelle eingetragen.
6. Definieren Sie das Zeitintervall Δ t\u003d t 2 - t 1, die der Wagen ausgibt, um das Segment zwischen den Punkten x 1 und x 2 zu passieren. Dazu platzieren wir die Sensoren an den Punkten x 1 und x 2 und starten den Schlitten. Die von der Stoppuhr angezeigte Zeit wird in die Tabelle eingetragen.
7. Berechnen Sie die Beschleunigung des Schlittens a laut Formel. Wir tragen das Ergebnis in die letzte Zeile der Tabelle ein.
8. Wir schließen daraus, mit welcher Art von Bewegung wir es zu tun haben.
Fazit: ___________________________________________________________
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9. Wir bauen die Installation sorgfältig ab, übergeben die Arbeit und verlassen die Klasse mit einem Gefühl der Leistung und Würde.
Laborarbeit in Physik №7
Schüler der 11. Klasse "B" Sadykova Maria
Beobachtung von kontinuierlichen und Linienspektren.
Ausrüstung: Projektor, Spektralröhren mit Wasserstoff, Neon oder Helium, Hochspannungsinduktor, Netzteil, Stativ, Anschlussdrähte, abgeschrägte Glasplatte.
Zielsetzung: Beobachten Sie mit der erforderlichen Ausrüstung (experimentell) das kontinuierliche Spektrum, Neon, Helium oder Wasserstoff.
Arbeitsprozess:
Wir legen die Platte horizontal vor das Auge. Durch die Ränder beobachten wir auf der Leinwand das Bild des Gleitspaltes des Projektionsapparates. Wir sehen die Primärfarben des resultierenden kontinuierlichen Spektrums in der folgenden Reihenfolge: Violett, Blau, Cyan, Grün, Gelb, Orange, Rot.
Dieses Spektrum ist kontinuierlich. Das bedeutet, dass alle Wellenlängen im Spektrum vertreten sind. So haben wir herausgefunden, dass kontinuierliche Spektren Körper in festem oder flüssigem Zustand sowie hochkomprimierte Gase ergeben.
Wir sehen viele farbige Linien, die durch breite dunkle Streifen getrennt sind. Das Vorhandensein eines Linienspektrums bedeutet, dass die Substanz nur Licht einer bestimmten Wellenlänge emittiert.
Wasserstoffspektrum: violett, blau, grün, orange.
Am hellsten ist die orange Linie des Spektrums.
Heliumspektrum: blau, grün, gelb, rot.
Am hellsten ist die gelbe Linie.
Aufgrund unserer Erfahrung können wir schlussfolgern, dass Linienspektren alle Substanzen im gasförmigen Zustand wiedergeben. In diesem Fall wird Licht von Atomen emittiert, die praktisch nicht miteinander wechselwirken. Isolierte Atome senden genau definierte Wellenlängen aus.
Lektion 37
Lektion42 . Laborarbeit №5.
Die Abhängigkeit der Stärke des Elektromagneten von der Stromstärke
Brigade ___________________
___________________
Zielsetzung: Bestimmen Sie die Beziehung zwischen der Stärke des Stroms, der durch die Spule eines Elektromagneten fließt, und der Kraft, mit der der Elektromagnet Metallgegenstände anzieht.
Geräte und Materialien: Kernspule, Amperemeter, variabler Widerstand (Rheostat), Dynamometer, Netzteil, Nagel, Anschlussdrähte, Schraubenschlüssel, Stativ mit Halterung, Metallständer für magnetische Teile.
X 
Arbeit von:
1. Bauen Sie die in der Abbildung gezeigte Installation zusammen. Bringen Sie die Halterungslasche an der Oberseite des Stativs an. Klemmen Sie die Oberseite des Dynamometers wie gezeigt in die Halterung. Binden Sie einen Faden an den Nagel, sodass er in die Vertiefung am spitzen Ende des Nagels gelangt und sich nicht davon löst. Machen Sie auf der gegenüberliegenden Seite des Fadens eine Schlaufe und hängen Sie den Nagel an den Haken des Dynamometers.
Notieren Sie die Messwerte des Dynamometers. Dies ist das Gewicht des Nagels, Sie benötigen es, wenn Sie die Stärke des Magneten messen:
3. Bauen Sie den in der Abbildung gezeigten Stromkreis zusammen. Schalten Sie den Strom erst ein, wenn der Lehrer die korrekte Montage überprüft hat.
4
. Schließen Sie den Schlüssel und bestimmen Sie durch Drehen des Rheostats von der maximalen linken zur maximalen rechten Position den Bereich der Stromkreisänderung.
Der Strom ändert sich von ___A auf ____A.
5. Wählen Sie drei aktuelle Werte aus, den maximalen und zwei kleinere, und geben Sie ein
Sie in der zweiten Spalte der Tabelle. Mit jedem Stromwert führen Sie drei Experimente durch.
6. Schließen Sie den Stromkreis und stellen Sie das Amperemeter mit einem Rheostat auf den ersten von Ihnen gewählten Stromwert ein.
7. Berühren Sie mit dem Kern der Spule den Kopf des Nagels, der am Dynamometer hängt. Der Nagel klebte am Kern. Senken Sie die Spule senkrecht nach unten ab und folgen Sie den Dynamometer-Messwerten. Notieren Sie den Stand auf dem Rollenprüfstand zum Zeitpunkt des Spulenabrisses und tragen Sie ihn in Spalte F 1 ein.
8. Wiederholen Sie den Versuch noch zweimal mit dieser Stromstärke. Tragen Sie in den Spalten F 2 und F 3 die Kraftwerte auf dem Dynamometer in dem Moment ein, in dem der Nagel abgerissen wird. Sie können aufgrund von Messungenauigkeiten leicht von der ersten abweichen. Ermitteln Sie die durchschnittliche Magnetstärke der Spule mit der Formel F cp \u003d (F 1 + F 2 + F 3) / 3 und geben Sie die Spalte "Durchschnittliche Stärke" ein.
9. Das Dynamometer zeigte einen Kraftwert gleich der Summe aus dem Gewicht des Nagels und der Magnetkraft der Spule: F = P + F M . Daher ist die Stärke der Spule F M \u003d F - P. Subtrahieren Sie das Gewicht des Nagels P von F cp und schreiben Sie das Ergebnis in die Spalte "Magnetkraft".
| Anzahl | Strom I, A | Dynamometerablesungen F, N | Mittlere Kraft F cp , N | Magnetkraft F M , N |
||
10. Wiederhole die Versuche zweimal mit anderen Strömen und fülle die restlichen Zellen der Tabelle aus.
I,A 1. Zeichnen Sie die Magnetkraft F M von aktueller Stärke ich.
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Thema: Laborarbeit "Messung der Leistung und Arbeit des Stroms in einer elektrischen Lampe."Unterrichtsziele : 1. Um die praktischen Fähigkeiten der Schüler in der Arbeit mit zu bilden Stromkreise. 2. Entwicklung kognitiver Prozesse: Gedächtnis, logisches Denken - durch die Konstruktion von Schlussfolgerungen, Aufmerksamkeit - durch die Fähigkeit zu analysieren, Schlussfolgerungen zu ziehen, im Laufe der praktischen Arbeit und beim Lösen von Problemen zusammenzufassen. 3. Geben Sie jedem Schüler die Möglichkeit, sein Potenzial zu spüren.WÄHREND DER KLASSEN
ICH. Wissen aktualisieren, Zielsetzung. Setzen wir uns ein Ziel damit nach dieser Lektionleicht messen kann jederich, undU, berechnen Sie die Arbeit und Leistung des elektrischen Stroms. Heute werden wir die Arbeit machen, um die Arbeit und Leistung des elektrischen Stroms zu bestimmen. Jeder wird in seinem eigenen Tempo arbeiten, manche können weniger, manche mehr, aber das Labor ist für alle ein Muss.Der Fortschrittsbericht wird ausgewertet. Wiederholung, Vorbereitung auf die Laborarbeit.- Was ist die Arbeit des elektrischen Stroms? Wie kann es berechnet werden? In welchen Einheiten wird gemessen? Was ist elektrische Energie? Wie kann es berechnet werden? In welchen Einheiten wird gemessen? Welche Methoden zur Messung physikalischer Größen kennen Sie? Wie würden Sie vorschlagen, Strom und Spannung zu messen? Wie schließt man ein Amperemeter und ein Voltmeter an einen Stromkreis an?
II. Wir wiederholen die Verhaltensregeln in der Laborstunde, gefolgt von einer Unterschrift im Sicherheitstagebuch.
I N S T R U K T I A
in Sicherheit für den Physikunterricht
Seien Sie vorsichtig und diszipliniert, befolgen Sie die Anweisungen des Lehrers genau.
Beginnen Sie die Arbeit nicht ohne die Erlaubnis des Lehrers.
Stellen Sie Geräte, Materialien, Einrichtungen an Ihrem Arbeitsplatz so ab, dass sie nicht herunterfallen oder umkippen können.
Vor der Durchführung der Arbeiten ist es notwendig, deren Inhalt und Fortschritt sorgfältig zu studieren.
Um ein Herunterfallen während der Experimente zu vermeiden, befestigen Sie Glasgeräte im Fuß des Stativs.
Lassen Sie bei der Durchführung von Experimenten keine maximalen Belastungen von Messgeräten zu. Seien Sie besonders vorsichtig, wenn Sie mit Glaswaren arbeiten. Thermometer nicht aus erstarrten Reagenzgläsern entfernen.
Überprüfen Sie die Funktionsfähigkeit aller Befestigungselemente in Geräten und Vorrichtungen. Berühren oder lehnen Sie sich nicht über rotierende Maschinenteile.
Verwenden Sie beim Aufbau von Versuchsaufbauten Leitungen mit starker Isolierung ohne sichtbare Beschädigungen.
Vermeiden Sie beim Zusammenbau eines Stromkreises das Überkreuzen von Drähten. Es ist verboten, Leiter mit abgenutzter Isolierung und offenen Schaltern zu verwenden.
Schließen Sie die Stromquelle im Stromkreis zuletzt an. Schalten Sie den zusammengebauten Stromkreis nur nach Überprüfung und mit Erlaubnis des Lehrers ein.
Berühren Sie keine stromführenden Teile von Schaltkreisen, die nicht isoliert sind. Schließen Sie keine Stromkreise wieder an und wechseln Sie keine Sicherungen aus, bevor die Stromversorgung unterbrochen wurde.
Achten Sie darauf, rotierende Teile elektrischer Maschinen während des Betriebs nicht versehentlich zu berühren. Nehmen Sie keine Umschaltungen in den Stromkreisen von Maschinen vor, bis der Anker oder Rotor der Maschine vollständig zum Stillstand gekommen ist
Labor Nr. 7
"Messung der Leistung und Arbeit des Stroms in einer elektrischen Lampe"
Zielsetzung: lernen, wie man mit Amperemeter, Voltmeter und Uhr die Leistung und Stromarbeit einer Lampe bestimmt . Geräte und Materialien: Netzteil, Niedervoltlampe auf Stativ, Voltmeter, Amperemeter, Schlüssel, Anschlusskabel, Uhr mit Sekundenzeiger. Arbeitsformeln: P = U Xich EIN = P Xt .Abschluss der Arbeiten1 .Ich montiere die Kette nach dem Schema:
2. Ich messe die Spannung an der Lampe mit einem Voltmeter : U = B3. Ich messe den Strom mit einem Amperemeter: ich = EIN4. Ich berechne die Leistung des Stroms in der Lampe: P = W. 5. Ich notiere den Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens der Lampe: t = 60 c . Bestimmen Sie zum Zeitpunkt des Brennens und der Leistung die Arbeit des Stroms in der Lampe : A = J. 6. Ich überprüfe, ob der empfangene Leistungswert mit der auf der Lampe angegebenen Leistung übereinstimmt. Auf LampenleistungP = U Xich = Di Im Versuch = Di Fazit: die Leistung der Lampe ist W, die Arbeit, die der Strom pro Minute verrichtet \u003d J. Die auf der Lampe angegebene Leistung und die im Versuch erzielte Leistung stimmen nicht überein, weil
IV. Problemlösung (für diejenigen, die früher damit umgehen können):
1. Infolge des Ziehens des Drahtes durch die Ziehmaschine hat sich seine Länge um das Dreifache erhöht (bei gleichem Volumen). Wie oft haben sich in diesem Fall die Querschnittsfläche und der Widerstand des Drahtes geändert? Antwort: Die Fläche wurde um das 3-fache verringert und der Widerstand um das 9-fache erhöht.
2. Es gibt zwei gleich lange Kupferdrähte. Die Querschnittsfläche des ersten Drahtes ist 1,5-mal größer als die des zweiten. In welchem Draht wird die Stromstärke größer sein und wie oft bei gleicher Spannung? Antworten : BEIM 1 Draht, die Stromstärke wird 1,5-mal höher sein, weil. Der Widerstand dieses Drahtes ist geringer.
3. Zwei Drähte - Aluminium und Kupfer - haben die gleiche Querschnittsfläche und den gleichen Widerstand. Welcher Draht ist länger und um wie viel? (Der spezifische Widerstand von Kupfer beträgt 0,017 Ohm mm 2 /m und der von Aluminium 0,028 Ohm mm 2 /m.) Antwort: Der Kupferdraht ist 1,6-mal länger, da der spezifische Widerstand von Kupfer 1,6-mal geringer ist als der von Aluminium.
- Zusammenfassung der Lektion:
- Was war Ihr persönliches Ziel? Wurde es erreicht? Werten Sie Ihre Arbeit im Unterricht aus.
Laborarbeit 8 Messen der Leistung und Arbeit des Stroms in einer elektrischen Lampe Der Zweck der Arbeit besteht darin, zu lernen, wie man die Leistung und Arbeit des Stroms in einer Lampe mit einem Amperemeter, Voltmeter und einer Uhr bestimmt Ausrüstung - eine Batterie, ein Schlüssel , eine Niederspannungslampe auf einem Ständer, ein Amperemeter, ein Voltmeter, Verbindungskabel, eine Stoppuhr.
Theorie Formel zur Berechnung der Arbeit des Stroms A= IUt Formel zur Berechnung der Leistung des Stroms P= IU oder P= Teilungswert = ___= A des Amperemeters Teilungswert =___= V des Voltmeters P theor. = U theor. Ich theor. / Berechnet aus den auf dem Lampensockel angegebenen U- und I-Werten / Elektrischer Schaltplan
Berechnungen: A= P = A theor. = P theor. = Fazit: Heute habe ich bei der Laborarbeit gelernt, mit Amperemeter, Voltmeter und Stoppuhr die Leistung und Stromarbeit in der Lampe zu bestimmen. Berechnet (a) die Werte der Arbeit des Stroms und der Leistung der Glühbirne: A \u003d J P \u003d W (geben spezifische experimentelle Werte physikalischer Größen an). Außerdem berechnet (a) die theoretischen Werte der Arbeit des Stroms und der Leistung der Glühbirne: A theor. = J R theor. \u003d W Die experimentellen Werte der Arbeit und der Stromstärke in der Lampe stimmen (ungefähr) mit den berechneten theoretischen Werten überein. Daher wurden bei der Durchführung von Laborarbeiten kleine Messfehler gemacht. (Die erhaltenen experimentellen Werte der Arbeit und der Stromstärke in der Lampe stimmen nicht mit den berechneten theoretischen Werten überein. Daher wurden während der Laborarbeiten erhebliche zufällige Messfehler gemacht.)
Laborarbeit Nr. 8 "Messung der Beschleunigung des freien Falls mit einem Pendel."
Der Zweck der Arbeit: Berechnung der Beschleunigung des freien Falls aus der Formel für die Schwingungsdauer eines mathematischen Pendels:
Dazu ist es notwendig, die Schwingungsdauer und die Länge der Aufhängung des Pendels zu messen. Dann können wir aus Formel (1) die Freifallbeschleunigung berechnen:
Messung:
1) eine Uhr mit Sekundenzeiger;
2) Maßband (Δ l = 0,5 cm).
Materialien: 1) ein Ball mit einem Loch; 2) Faden; 3) Stativ mit Kupplung und Ring.
Arbeitsauftrag
1. Stellen Sie ein Stativ auf die Tischkante. Verstärken Sie den Ring an seinem oberen Ende mit einer Kupplung und hängen Sie eine Kugel an einen Faden. Der Ball sollte in einem Abstand von 3-5 cm vom Boden hängen.
2. Pendel um 5-8 cm aus der Gleichgewichtslage bringen und loslassen.
3. Messen Sie die Länge des Bügels mit einem Maßband.
4. Messen Sie die Zeit Δt 40 vollständiger Schwingungen (N).
5. Wiederhole die Messungen von Δt (ohne die Versuchsbedingungen zu ändern) und finde den Mittelwert von Δt, vgl.
6. Berechnen Sie den Mittelwert der Schwingungsdauer T avg aus dem Mittelwert von Δt avg.
7. Berechnen Sie den Wert von g cp mit der Formel:
8. Tragen Sie die Ergebnisse in die Tabelle ein:
| Anzahl | l, m | N | Δt, s | Δtav, s | ||
9. Vergleichen Sie den erhaltenen Mittelwert für g cp mit dem Wert g = 9,8 m/s 2 und berechnen Sie den relativen Messfehler nach folgender Formel:
Während des Physikstudiums musste man bei Problemlösungen und anderen Berechnungen oft den Wert der Beschleunigung des freien Falls auf der Erdoberfläche verwenden. Sie haben den Wert g \u003d 9,81 m / s 2 genommen, also mit der Genauigkeit, die für Ihre Berechnungen völlig ausreichend ist.
Ziel dieser Übung ist die experimentelle Bestimmung der Freifallbeschleunigung mit einem Pendel. Kenntnis der Formel für die Schwingungsdauer eines mathematischen Pendels T =
man kann den Wert von g in Größen ausdrücken, die leicht durch Experimente festgestellt werden können, und g mit einiger Genauigkeit berechnen. Äußern
wobei l die Länge der Aufhängung und T die Schwingungsdauer des Pendels ist. Die Schwingungsdauer des Pendels T lässt sich leicht bestimmen, indem man die Zeit t misst, die für eine bestimmte Anzahl N vollständiger Schwingungen des Pendels benötigt wird
Ein mathematisches Pendel ist ein Gewicht, das an einem dünnen, nicht dehnbaren Faden aufgehängt ist, dessen Abmessungen viel kleiner sind als die Länge des Fadens und dessen Masse viel größer ist als die Masse des Fadens. Die Abweichung dieser Last von der Vertikalen erfolgt in einem unendlich kleinen Winkel, und es gibt keine Reibung. Unter realen Bedingungen die Formel
ist ungefähr.
Stellen Sie sich einen solchen Körper vor (in unserem Fall einen Hebel). Auf ihn wirken zwei Kräfte: das Gewicht der Lasten P und die Kraft F (die Elastizität der Dynamometerfeder), damit der Hebel im Gleichgewicht ist und die Momente dieser Kräfte betragsmäßig gleich sein müssen. Die absoluten Werte der Momente der Kräfte F und P werden jeweils bestimmt:
Unter Laborbedingungen können Sie, um mit einem gewissen Grad an Genauigkeit zu messen, eine kleine, aber massive Metallkugel verwenden, die an einem Faden mit einer Länge von 1 bis 1,5 m (oder länger, wenn eine solche Aufhängung platziert werden kann) aufgehängt ist, und sie in einem kleinen Winkel ablenken. Der Arbeitsablauf ist aus seiner Beschreibung im Lehrbuch völlig klar.
Messmittel: Stoppuhr (Δt = ±0,5 s); Lineal oder Maßband (Δl = ±0,5 cm)
