時間：2022-11-24 10:38:24
序論：在您撰寫大學物理實驗報告時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
關鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻溫度特性
1、引言
熱敏電阻是根據半導體材料的電導率與溫度有很強的依賴關系而制成的一種器件，其電阻溫度系數一般為（-0.003~+0.6）℃-1。因此，熱敏電阻一般可以分為:
Ⅰ、負電阻溫度系數（簡稱NTC）的熱敏電阻元件
常由一些過渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的燒結條件下形成的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導體等材料制成。國產的主要是指MF91~MF96型半導體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室溫范圍內基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無關，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應用于測溫控溫技術，還可以制成流量計、功率計等。
Ⅱ、正電阻溫度系數（簡稱PTC）的熱敏電阻元件
常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫燒制而成。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對可以忽略。載流子數目隨溫度的升高呈指數增加，載流子數目越多，電阻率越小。應用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作溫度補償外，還制成各類加熱器，如電吹風等。
2、實驗裝置及原理
【實驗裝置】
FQJ—Ⅱ型教學用非平衡直流電橋，FQJ非平衡電橋加熱實驗裝置（加熱爐內置MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）以及控溫用的溫度傳感器），連接線若干。
【實驗原理】
根據半導體理論，一般半導體材料的電阻率 和絕對溫度 之間的關系為
（1—1）
式中a與b對于同一種半導體材料為常量，其數值與材料的物理性質有關。因而熱敏電阻的電阻值 可以根據電阻定律寫為
（1—2）
式中 為兩電極間距離， 為熱敏電阻的橫截面， 。
對某一特定電阻而言， 與b均為常數，用實驗方法可以測定。為了便于數據處理，將上式兩邊取對數，則有
（1—3）
上式表明 與 呈線性關系，在實驗中只要測得各個溫度 以及對應的電阻 的值，
以 為橫坐標， 為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數 a、b的值。
熱敏電阻的電阻溫度系數 下式給出
（1—4）
從上述方法求得的b值和室溫代入式（1—4），就可以算出室溫時的電阻溫度系數。
熱敏電阻 在不同溫度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，B、D之間為一負載電阻 ，只要測出 ，就可以得到 值。
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當負載電阻 ，即電橋輸出處于開
路狀態時， =0，僅有電壓輸出，用 表示，當 時，電橋輸出 =0，即電橋處于平衡狀態。為了測量的準確性，在測量之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關。
若R1、R2、R3固定，R4為待測電阻，R4 = RX，則當R4R4+R時，因電橋不平衡而產生的電壓輸出為：
（1—5）
在測量MF51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋 ， ，且 ，則
（1—6）
式中R和 均為預調平衡后的電阻值，測得電壓輸出后，通過式（1—6）運算可得R，從而求的 =R4+R。
3、熱敏電阻的電阻溫度特性研究
根據表一中MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻~溫度特性研究橋式電路，并設計各臂電阻R和 的值，以確保電壓輸出不會溢出（本實驗 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。
根據橋式，預調平衡，將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置，按下G、B開關，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將測量數據列表（表二）。
表一 MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻～溫度特性
溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
電阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
表二 非平衡電橋電壓輸出形式（立式）測量MF51型熱敏電阻的數據
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
溫度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
熱力學T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1
根據表二所得的數據作出 ～ 圖，如右圖所示。運用最小二乘法計算所得的線性方程為 ，即MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）的電阻～溫度特性的數學表達式為 。
4、實驗結果誤差
通過實驗所得的MF51型半導體熱敏電阻的電阻—溫度特性的數學表達式為 。根據所得表達式計算出熱敏電阻的電阻～溫度特性的測量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：
表三 實驗結果比較
溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
參考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
測量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相對誤差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
從上述結果來看，基本在實驗誤差范圍之內。但我們可以清楚的發現，隨著溫度的升高，電阻值變小，但是相對誤差卻在變大，這主要是由內熱效應而引起的。
5、內熱效應的影響
在實驗過程中，由于利用非平衡電橋測量熱敏電阻時總有一定的工作電流通過，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產生穩定的高于外界溫度的附加內熱溫升，這就是所謂的內熱效應。在準確測量熱敏電阻的溫度特性時，必須考慮內熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和探討。
6、實驗小結
通過實驗，我們很明顯的可以發現熱敏電阻的阻值對溫度的變化是非常敏感的，而且隨著溫度上升，其電阻值呈指數關系下降。因而可以利用電阻—溫度特性制成各類傳感器，可使微小的溫度變化轉變為電阻的變化形成大的信號輸出，特別適于高精度測量。又由于元件的體積小，形狀和封裝材料選擇性廣，特別適于高溫、高濕、振動及熱沖擊等環境下作溫濕度傳感器，可應用與各種生產作業，開發潛力非常大。
參考文獻：
[1] 竺江峰，蘆立娟，魯曉東。 大學物理實驗[M]
[2] 楊述武，楊介信，陳國英。普通物理實驗（二、電磁學部分）[M] 北京：高等教育出版社
大學物理實驗（設計性實驗）
實驗報告
指導老師：王建明
姓 名：張國生
學 號：XX0233
學 院：信息與計算科學學院
班 級：05信計2班
重力加速度的測定
一、實驗任務
精確測定銀川地區的重力加速度
二、實驗要求
測量結果的相對不確定度不超過5%
三、物理模型的建立及比較
初步確定有以下六種模型方案：
方法一、用打點計時器測量
所用儀器為：打點計時器、直尺、帶錢夾的鐵架臺、紙帶、夾子、重物、學生電源等.
利用自由落體原理使重物做自由落體運動.選擇理想紙帶，找出起始點0，數出時間為t的p點，用米尺測出op的距離為h，其中t=0.02秒×兩點間隔數.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，將所測代入即可求得g.
方法二、用滴水法測重力加速度
調節水龍頭閥門，使水滴按相等時間滴下，用秒表測出n個（n取50—100）水滴所用時間t，則每兩水滴相隔時間為t′=t/n，用米尺測出水滴下落距離h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法三、取半徑為r的玻璃杯，內裝適當的液體，固定在旋轉臺上.旋轉臺繞其對稱軸以角速度ω勻速旋轉，這時液體相對于玻璃杯的形狀為旋轉拋物面
重力加速度的計算公式推導如下：
取液面上任一液元a，它距轉軸為x，質量為m，受重力mg、彈力n.由動力學知：
ncosα-mg=0 （1）
nsinα＝mω2x （2）
兩式相比得tgα=ω2x/g，又 tgα=dy/dx，dy=ω2xdx/g，
y/x=ω2x/2g. g=ω2x2/2y.
.將某點對于對稱軸和垂直于對稱軸最低點的直角坐標系的坐標x、y測出，將轉臺轉速ω代入即可求得g.
方法四、光電控制計時法
調節水龍頭閥門，使水滴按相等時間滴下，用秒表測出n個（n取50—100）水滴所用時間t，則每兩水滴相隔時間為t′=t/n，用米尺測出水滴下落距離h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法五、用圓錐擺測量
所用儀器為：米尺、秒表、單擺.
使單擺的擺錘在水平面內作勻速圓周運動，用直尺測量出h（見圖1），用秒表測出擺錐n轉所用的時間t，則擺錐角速度ω=2πn/t
擺錐作勻速圓周運動的向心力f=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上幾式得：
g=4π2n2h/t2.
將所測的n、t、h代入即可求得g值.
方法六、單擺法測量重力加速度
在擺角很小時，擺動周期為：
則
通過對以上六種方法的比較，本想嘗試利用光電控制計時法來測量，但因為實驗室器材不全，故該方法無法進行；對其他幾種方法反復比較，用單擺法測量重力加速度原理、方法都比較簡單且最熟悉，儀器在實驗室也很齊全，故利用該方法來測最為順利，從而可以得到更為精確的值。
四、采用模型六利用單擺法測量重力加速度
摘要：
重力加速度是物理學中一個重要參量。地球上各個地區重力加速度的數值，隨該地區的地理緯度和相對海平面的高度而稍有差異。一般說，在赤道附近重力加速度值最小，越靠近南北兩極，重力加速度的值越大，最大值與最小值之差約為1/300。研究重力加速度的分布情況，在地球物理學中具有重要意義。利用專門儀器，仔細測繪各地區重力加速度的分布情況，還可以對地下資源進行探測。
伽利略在比薩大教堂內觀察一個圣燈的緩慢擺動，用他的脈搏跳動作為計時器計算圣燈擺動的時間，他發現連續擺動的圣燈，其每次擺動的時間間隔是相等的，與圣燈擺動的幅度無關，并進一步用實驗證實了觀察的結果，為單擺作為計時裝置奠定了基礎。這就是單擺的等時性原理。
應用單擺來測量重力加速度簡單方便，因為單擺的振動周期是決定于振動系統本身的性質，即決定于重力加速度g和擺長l，只需要量出擺長，并測定擺動的周期，就可以算出g值。
實驗器材：
單擺裝置（自由落體測定儀），鋼卷尺，游標卡尺、電腦通用計數器、光電門、單擺線
實驗原理：
單擺是由一根不能伸長的輕質細線和懸在此線下端體積很小的重球所構成。在擺長遠大于球的直徑，擺錐質量遠大于線的質量的條件下，將懸掛的小球自平衡位置拉至一邊（很小距離，擺角小于5°），然后釋放，擺錐即在平衡位置左右作周期性的往返擺動，如圖2-1所示。
f =p sinθ
f
θ
t=p cosθ
p = mg
l
圖2-1 單擺原理圖
擺錐所受的力f是重力和繩子張力的合力，f指向平衡位置。當擺角很小時（θ<5°），圓弧可近似地看成直線，f也可近似地看作沿著這一直線。設擺長為l，小球位移為x，質量為m，則
sinθ=
f=psinθ=-mg =-m x （2-1）
由f=ma，可知a=- x
式中負號表示f與位移x方向相反。
單擺在擺角很小時的運動，可近似為簡諧振動，比較諧振動公式：a= =-ω2x
可得ω=
于是得單擺運動周期為：
t=2π/ω=2π （2-2）
t2= l （2-3）
或 g=4π2 （2-4）
利用單擺實驗測重力加速度時，一般采用某一個固定擺長l，在多次精密地測量出單擺的周期t后，代入（2-4）式，即可求得當地的重力加速度g。
由式（2-3）可知，t2和l之間具有線性關系， 為其斜率，如對于各種不同的擺長測出各自對應的周期，則可利用t2—l圖線的斜率求出重力加速度g。
試驗條件及誤差分析：
上述單擺測量g的方法依據的公式是(2-2)式,這個公式的成立是有條件的，否則將使測量產生如下系統誤差:
1. 單擺的擺動周期與擺角的關系，可通過測量θ<5°時兩次不同擺角θ1、θ2的周期值進行比較。在本實驗的測量精度范圍內，驗證出單擺的t與θ無關。
實際上，單擺的周期t隨擺角θ增加而增加。根據振動理論，周期不僅與擺長l有關，而且與擺動的角振幅有關，其公式為：
t=t0[1+( )2sin2 +( )2sin2 +……]
式中t0為θ接近于0o時的周期，即t0=2π
2．懸線質量m0應遠小于擺錐的質量m，擺錐的半徑r應遠小于擺長l，實際上任何一個單擺都不是理想的，由理論可以證明，此時考慮上述因素的影響，其擺動周期為：
3．如果考慮空氣的浮力，則周期應為：
式中t0是同一單擺在真空中的擺動周期，ρ空氣是空氣的密度，ρ擺錐 是擺錐的密度，由上式可知單擺周期并非與擺錐材料無關，當擺錐密度很小時影響較大。
實驗報告
一.預習報告
1.簡要原理
2.注意事項
二.實驗目的
三.實驗器材
四.實驗原理
五.實驗內容、步驟
六.實驗數據記錄與處理
七.實驗結果分析以及實驗心得
八.原始數據記錄欄(最后一頁)
把實驗的目的、方法、過程、結果等記錄下來，經過整理，寫成的書面匯報，就叫實驗報告。
實驗報告的種類因科學實驗的對象而異。如化學實驗的報告叫化學實驗報告，物理實驗的報告就叫物理實驗報告。隨著科學事業的日益發展，實驗的種類、項目等日見繁多，但其格式大同小異，比較固定。實驗報告必須在科學實驗的基礎上進行。它主要的用途在于幫助實驗者不斷地積累研究資料，總結研究成果。
實驗報告的書寫是一項重要的基本技能訓練。它不僅是對每次實驗的總結，更重要的是它可以初步地培養和訓練學生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達能力，是科學論文寫作的基礎。因此，參加實驗的每位學生，均應及時認真地書寫實驗報告。要求內容實事求是，分析全面具體，文字簡練通順，謄寫清楚整潔。
實驗報告內容與格式
(一) 實驗名稱
要用最簡練的語言反映實驗的內容。如驗證某程序、定律、算法，可寫成“驗證×××”；分析×××。
(二) 所屬課程名稱
(三) 學生姓名、學號、及合作者
(四) 實驗日期和地點（年、月、日）
(五) 實驗目的
目的要明確，在理論上驗證定理、公式、算法，并使實驗者獲得深刻和系統的理解，在實踐上，掌握使用實驗設備的技能技巧和程序的調試方法。一般需說明是驗證型實驗還是設計型實驗，是創新型實驗還是綜合型實驗。
(六) 實驗內容
這是實驗報告極其重要的內容。要抓住重點，可以從理論和實踐兩個方面考慮。這部分要寫明依據何種原理、定律算法、或操作方法進行實驗。詳細理論計算過程.
(七) 實驗環境和器材
實驗用的軟硬件環境（配置和器材）。
(八) 實驗步驟
只寫主要操作步驟，不要照抄實習指導，要簡明扼要。還應該畫出實驗流程圖（實驗裝置的結構示意圖），再配以相應的文字說明，這樣既可以節省許多文字說明，又能使實驗報告簡明扼要，清楚明白。
(九) 實驗結果
實驗現象的描述，實驗數據的處理等。原始資料應附在本次實驗主要操作者的實驗報告上，同組的合作者要復制原始資料。
對于實驗結果的表述，一般有三種方法:
1. 文字敘述: 根據實驗目的將原始資料系統化、條理化，用準確的專業術語客觀地描述實驗現象和結果，要有時間順序以及各項指標在時間上的關系。
2. 圖表: 用表格或坐標圖的方式使實驗結果突出、清晰，便于相互比較，尤其適合于分組較多，且各組觀察指標一致的實驗，使組間異同一目了然。每一圖表應有表目和計量單位，應說明一定的中心問題。
3. 曲線圖 應用記錄儀器描記出的曲線圖，這些指標的變化趨勢形象生動、直觀明了。
在實驗報告中，可任選其中一種或幾種方法并用，以獲得最佳效果。
(十) 討論
根據相關的理論知識對所得到的實驗結果進行解釋和分析。如果所得到的實驗結果和預期的結果一致，那么它可以驗證什么理論？實驗結果有什么意義？說明了什么問題？這些是實驗報告應該討論的。但是,不能用已知的理論或生活經驗硬套在實驗結果上；更不能由于所得到的實驗結果與預期的結果或理論不符而隨意取舍甚至修改實驗結果，這時應該分析其異常的可能原因。如果本次實驗失敗了，應找出失敗的原因及以后實驗應注意的事項。不要簡單地復述課本上的理論而缺乏自己主動思考的內容。
另外，也可以寫一些本次實驗的心得以及提出一些問題或建議等。(十一) 結論
結論不是具體實驗結果的再次羅列，也不是對今后研究的展望，而是針對這一實驗所能驗證的概念、原則或理論的簡明總結，是從實驗結果中歸納出的一般性、概括性的判斷,要簡練、準確、嚴謹、客觀。
(十二) 鳴謝(可略)
在實驗中受到他人的幫助,在報告中以簡單語言感謝.
(十三) 參考資料
【實驗名稱】靜電跳球
【實驗目的】觀察靜電力
【實驗器材】韋氏起電機，靜電跳球裝置（如圖）
【實驗原理、操作及現象】
將兩極板分別與靜電起電機相連接，順時針搖動起電機，使兩極板分別帶正、負電荷，這時小金屬球也帶有與下板同號的電荷。同號電荷相斥，異號電荷相吸，小球受下極板的排斥和上極板的吸引，躍向上極板，與之接觸后，小球所帶的電荷被中和反而帶上與上極板相同的電荷，于是又被排向下極板。如此周而復始，于是可觀察到球在容器內上下跳動。當兩極板電荷被中和時，小球隨之停止跳動。
【注意事項】
1．搖動起電機時應由慢到快，并且不宜過快；搖轉停止時亦需慢慢進行，可松開手柄靠摩擦力使其自然減慢。
2．在搖動起電機時，起電機手柄均帶電且高速搖動時電壓高達數萬伏，切不可用手機或身體其他位置接觸，不然會有火花放電，引起觸電。
靜電跳球中小學科學探究實驗室儀器模型設備實驗目的：
1、探究靜電作用力的現象及原理。
2、研究能量間的轉化過程。實驗器材：圓鋁板2個、圓形有機玻璃筒、靜電導體球（由鋁膜做成）若干。
提出問題：在以前的實驗中，我們對電場以及靜電的作用力已經有所了解。那么，在兩塊極板間，由鋁箔做成的小球真能克服重力上蹦下跳嗎？猜想與假設：在強電場的作用下，由鋁箔做成的小球能夠克服重力而上下跳動。 實驗過程：
1、在兩圓鋁板間放一有機玻璃環，里面放了一些靜電導體球，當接通高壓直流電源后觀察靜電導體球的運動情況。
2、增大兩極板間的電壓，觀察現象。
3、實驗完畢要及時關閉電源，必須用接地線分別接觸兩極板進行放電。
探究問題：
1、儀器內的小球為什么會跳起來？
2、靜電導體球實際在做什么工作？3、為什么增大兩極板間的電壓兩極板間產生火花放電現象？實驗結論與體會： （以下由學生總結并交流，也可由教師引導得出）課外活動： 梳子摩擦頭發后，用梳子可以吸起細小的紙屑，有些紙屑過一會又掉下來。實際做一做，能夠解釋嗎？
注意事項：
熱敏電阻是阻值對溫度變化非常敏感的一種半導體電阻，具有許多獨特的優點和用途，在自動控制、無線電子技術、遙控技術及測溫技術等方面有著廣泛的應用。本實驗通過用電橋法來研究熱敏電阻的電阻溫度特性，加深對熱敏電阻的電阻溫度特性的了解。
關鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻溫度特性
1、引言
熱敏電阻是根據半導體材料的電導率與溫度有很強的依賴關系而制成的一種器件，其電阻溫度系數一般為(-0.003~+0.6)℃-1。因此，熱敏電阻一般可以分為:
Ⅰ、負電阻溫度系數(簡稱NTC)的熱敏電阻元件
常由一些過渡金屬氧化物(主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物)在一定的燒結條件下形成的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導體等材料制成。國產的主要是指MF91~MF96型半導體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室溫范圍內基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無關，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應用于測溫控溫技術，還可以制成流量計、功率計等。
Ⅱ、正電阻溫度系數(簡稱PTC)的熱敏電阻元件
常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫燒制而成。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對可以忽略。載流子數目隨溫度的升高呈指數增加，載流子數目越多，電阻率越小。應用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作溫度補償外，還制成各類加熱器，如電吹風等。
2、實驗裝置及原理
【實驗裝置】
FQJ—Ⅱ型教學用非平衡直流電橋，FQJ非平衡電橋加熱實驗裝置(加熱爐內置MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)以及控溫用的溫度傳感器)，連接線若干。
【實驗原理】
根據半導體理論，一般半導體材料的電阻率 和絕對溫度 之間的關系為式中a與b對于同一種半導體材料為常量，其數值與材料的物理性質有關。因而熱敏電阻的電阻值 可以根據電阻定律寫為式中 為兩電極間距離， 為熱敏電阻的橫截面。
對某一特定電阻而言， 與b均為常數，用實驗方法可以測定。為了便于數據處理，將上式兩邊取對數，則有上式表明 與 呈線，在實驗中只要測得各個溫度 以及對應的電阻 的值，以 為橫坐標， 為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數 a、b的值。熱敏電阻的電阻溫度系數 下式給出。
從上述方法求得的b值和室溫代入式(1—4)，就可以算出室溫時的電阻溫度系數。
熱敏電阻 在不同溫度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，B、D之間為一負載電阻 ，只要測出 ，就可以得到 值。
當負載電阻 ，即電橋輸出處于開路狀態時， =0，僅有電壓輸出，用 表示，當 時，電橋輸出 =0，即電橋處于平衡狀態。為了測量的準確性，在測量之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關。
若R1、R2、R3固定，R4為待測電阻，R4 = RX，則當R4R4+R時，因電橋不平衡而產生的電壓輸出為：(1—5)
在測量MF51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋 ， 且 ，則(1—6)
式中R和 均為預調平衡后的電阻值，測得電壓輸出后，通過式(1—6)運算可得R，從而求的 =R4+R。
3、熱敏電阻的電阻溫度特性研究
根據表一中MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)之電阻~溫度特性研究橋式電路，并設計各臂電阻R和 的值，以確保電壓輸出不會溢出(本實驗 =1000.0Ω， =4323.0Ω)。
根據橋式，預調平衡，將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置，按下G、B開關，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將測量數據列表(表二)。
MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)之電阻～溫度特性
溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
電阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
非平衡電橋電壓輸出形式(立式)測量MF51型熱敏電阻的數據
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
溫度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
熱力學T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1
根據表二所得的數據作出 ～ 圖，如右圖所示。運用最小二乘法計算所得的線性方程為 ，即MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)的電阻～溫度特性的數學表達式為 。
4、實驗結果誤差
通過實驗所得的MF51型半導體熱敏電阻的電阻—溫度特性的數學表達式為 。根據所得表達式計算出熱敏電阻的電阻～溫度特性的測量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：
表三 實驗結果比較
溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
參考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
測量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相對誤差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
從上述結果來看，基本在實驗誤差范圍之內。但我們可以清楚的發現，隨著溫度的升高，電阻值變小，但是相對誤差卻在變大，這主要是由內熱效應而引起的。
5、內熱效應的影響
在實驗過程中，由于利用非平衡電橋測量熱敏電阻時總有一定的工作電流通過，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產生穩定的高于外界溫度的附加內熱溫升，這就是所謂的內熱效應。在準確測量熱敏電阻的溫度特性時，必須考慮內熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和探討。
實驗報告
指導老師：王建明
姓 名：張國生
學 號：XX0233
學 院：信息與計算科學學院
班 級：05信計2班
重力加速度的測定
一、實驗任務
精確測定銀川地區的重力加速度
二、實驗要求
測量結果的相對不確定度不超過5%
三、物理模型的建立及比較
初步確定有以下六種模型方案：
方法一、用打點計時器測量
所用儀器為：打點計時器、直尺、帶錢夾的鐵架臺、紙帶、夾子、重物、學生電源等.
利用自由落體原理使重物做自由落體運動.選擇理想紙帶，找出起始點0，數出時間為t的p點，用米尺測出op的距離為h，其中t=0.02秒×兩點間隔數.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，將所測代入即可求得g.
方法二、用滴水法測重力加速度
調節水龍頭閥門，使水滴按相等時間滴下，用秒表測出n個（n取50—100）水滴所用時間t，則每兩水滴相隔時間為t′=t/n，用米尺測出水滴下落距離h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法三、取半徑為r的玻璃杯，內裝適當的液體，固定在旋轉臺上.旋轉臺繞其對稱軸以角速度ω勻速旋轉，這時液體相對于玻璃杯的形狀為旋轉拋物面
重力加速度的計算公式推導如下：
取液面上任一液元a，它距轉軸為x，質量為m，受重力mg、彈力n.由動力學知：
ncosα-mg=0 （1）
nsinα＝mω2x （2）
兩式相比得tgα=ω2x/g，又 tgα=dy/dx，dy=ω2xdx/g，
y/x=ω2x/2g. g=ω2x2/2y.
.將某點對于對稱軸和垂直于對稱軸最低點的直角坐標系的坐標x、y測出，將轉臺轉速ω代入即可求得g.
方法四、光電控制計時法
調節水龍頭閥門，使水滴按相等時間滴下，用秒表測出n個（n取50—100）水滴所用時間t，則每兩水滴相隔時間為t′=t/n，用米尺測出水滴下落距離h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法五、用圓錐擺測量
所用儀器為：米尺、秒表、單擺.
使單擺的擺錘在水平面內作勻速圓周運動，用直尺測量出h（見圖1），用秒表測出擺錐n轉所用的時間t，則擺錐角速度ω=2πn/t
擺錐作勻速圓周運動的向心力f=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上幾式得：
g=4π2n2h/t2.
將所測的n、t、h代入即可求得g值.
方法六、單擺法測量重力加速度
在擺角很小時，擺動周期為：
則
通過對以上六種方法的比較，本想嘗試利用光電控制計時法來測量，但因為實驗室器材不全，故該方法無法進行；對其他幾種方法反復比較，用單擺法測量重力加速度原理、方法都比較簡單且最熟悉，儀器在實驗室也很齊全，故利用該方法來測最為順利，從而可以得到更為精確的值。
四、采用模型六利用單擺法測量重力加速度
摘要：
重力加速度是物理學中一個重要參量。地球上各個地區重力加速度的數值，隨該地區的地理緯度和相對海平面的高度而稍有差異。一般說，在赤道附近重力加速度值最小，越靠近南北兩極，重力加速度的值越大，值與最小值之差約為1/300。研究重力加速度的分布情況，在地球物理學中具有重要意義。利用專門儀器，仔細測繪各地區重力加速度的分布情況，還可以對地下資源進行探測。
伽利略在比薩大教堂內觀察一個圣燈的緩慢擺動，用他的脈搏跳動作為計時器計算圣燈擺動的時間，他發現連續擺動的圣燈，其每次擺動的時間間隔是相等的，與圣燈擺動的幅度無關，并進一步用實驗證實了觀察的結果，為單擺作為計時裝置奠定了基礎。這就是單擺的等時性原理。
應用單擺來測量重力加速度簡單方便，因為單擺的振動周期是決定于振動系統本身的性質，即決定于重力加速度g和擺長l，只需要量出擺長，并測定擺動的周期，就可以算出g值。
實驗器材：
單擺裝置（自由落體測定儀），鋼卷尺，游標卡尺、電腦通用計數器、光電門、單擺線
實驗原理：
單擺是由一根不能伸長的輕質細線和懸在此線下端體積很小的重球所構成。在擺長遠大于球的直徑，擺錐質量遠大于線的質量的條件下，將懸掛的小球自平衡位置拉至一邊（很小距離，擺角小于5°），然后釋放，擺錐即在平衡位置左右作周期性的往返擺動，如圖2-1所示。
f =p sinθ
f
θ
t=p cosθ
p = mg
l
關鍵詞： 大學物理； 自動批閱； 實驗報告； B/S結構
中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0058?03
0 引 言
近年來，隨著Internet 的迅猛發展，結合在實際教學工作中的需要，利用信息技術手段輔助教師教學和管理已逐步得以廣泛運用。由于大學物理實驗需要測量的實驗參數多、實驗組數多、實驗數據量大，且實驗報告中經常需要將數據進行統計或繪制成各類圖形，教師在批改實驗報告時需要花費大量時間進行計算，以檢查報告中的計算過程和結果，因此批改物理實驗報告是一件十分繁瑣的工作。在此情況下，“大學物理實驗報告自動批閱系統”（以下簡稱“自動批閱系統”）應運而生了。自動批閱系統的研發旨在減輕實驗教師的教學負擔，改變傳統實驗報告的手工批閱方式，提高大學物理實驗報告的批閱效率和準確性，同時，方便學生可以隨時隨地通過網絡提交物理實驗數據[1?2]。
1 自動批閱系統的設計
考慮到Microsoft Visual Studio具有豐富命令、函數，同時又可使用大批的外部函數，無論是對圖形、圖像、動畫的處理，還是對音頻、視頻的處理能力都很強大，因此筆者選擇了Microsoft Visual Studio 2005開發平臺，并利用Microsoft SQL Server 2005數據庫工具來開發本系統[3]。
1.1 系統開發環境
學生和教師模塊采用和 Visual 2005語言開發，并融入了Microsoft Office，Flash和圖片等相關素材，而后臺數據的存儲模塊則應用SQL Server 2005數據庫開發。
1.2 技術架構[4]
為更方便于管理員、學生和教師3種不同身份的用戶對系統的使用，本項目采用了B/S結構進行開發。B/S結構最大的優點就是可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件，只要有一臺能上網的電腦就能使用，客戶端零安裝、零維護，因此它具有更好的跨平臺性，可擴展性，降低系統運行成本，更好的滿足不同用戶的需求。
由于整個系統開發性特點，系統采用三層B/S結構：用戶界面層、應用服務層和數據訪問層。用戶界面層主要完成用戶交互功能。客戶端以Web網頁方式訪問，提供管理員、學生和教師3種不同角色登錄，根據用戶名、密碼和選擇的角色來判斷用戶的權限，登錄不同的界面。應用服務層是系統的核心，主要包括：實驗錄入數據、查看實驗分數、提出問題、自動批改與自動打分等弄能。數據訪問層通過服務層中的數據訪問組件與數據庫交互。數據庫是整個系統的基礎，主要由用戶信息庫和數據信息庫組成。
1.3 系統設計目標
通過系統設計實現，減輕授課教師的教學負擔，改變傳統實驗報告的手工批閱方式，提高實驗報告的批閱效率和準確性，同時，學生可以隨時隨地通過網絡提交物理實驗數據。
2 系統的功能模塊設計
本項目是在Microsoft Visual Studio 2005和SQL Server 2005環境下、使用和Visual 語言開發基于網絡的學生網上提交物理實驗數據、教師后臺處理和管理學生物理實驗數據并對成績進行自動存儲、統計、查詢等功能的網站[1]。該系統采用了三層B/S體系結構，使用和Visual 進行開發，并以SQL Server 2005作為后臺數據庫，通過技術來鏈接和訪問數據庫，以網站的形式。根據不同角色的功能可以把自動批閱系統分為學生、教師和后臺管理3大模塊。
2.1 學生模塊
按實驗進行的時序分為實驗前、實驗中和實驗后3個部分。
（1）實驗前：學生是通過瀏覽網頁，了解實驗目的、實驗原理、實驗要求和實驗所需器材等。
（2）實驗中：做好實驗測量和數據采集工作，并把實驗數據錄入系統；也可向教師提出自己在試驗中遇到的問題，尋求教師解答。
（3）實驗后：學生可以在系統中查看自己的實驗分數和教師對于疑問的解答。
2.2 教師模塊
（1）查閱學生提交的實驗數據，并利用系統自動計算學生所提交的實驗數據，再與精確值對比后，自動打分。
（2）回答學生在實驗中所遇到的疑難問題，給出自己的解析。
（3）導出和打印實驗分數，便于教師對實驗情況做出評估。
2.3 后臺管理模塊
（1）后臺管理員可以對訪問系統的學生或者教師用戶進行添加、刪除、修改等操作。
（2）對每年的實驗數據進行清理，減輕服務器壓力。
3 系統的特點和創新之處
3.1 系統特點
“自動批閱系統”可以處理目前大學物理實驗課程的基本實驗數據，覆蓋絕大多數物理實驗項目。
（1）學生只需要訪問實驗網站，在網頁上選擇實驗內容和實驗題目，便可進入不同實驗項目子窗口，并通過網絡提交實驗數據和實驗中所遇到的問題；
（2）教師在登錄實驗網站后選擇教師模塊，即可進入物理實驗數據處理系統主控窗口，在主控窗口實驗內容菜單選擇實驗項目，進入不同實驗項目子窗口，按不同的實驗要求和題目對學生提交的實驗數據進行自動處理并顯示結果和自動評分，教師還可以給學生的實驗報告進行點評和解答學生疑問。
3.2 系統創新之處
（1）“自動批閱系統”將高效的計算機與產生大量數據的大學物理實驗教學相結合，開創了我校實驗教學中實驗報告的新模式。
（2）系統將學生的操作測量數據在線提交，教師通過后臺管理程序對實驗數據進行自動計算，這種實驗報告批閱方式，提高了實驗報告的批閱效率和準確性，推進了實驗教學的信息化管理。
（3）系統使用數據庫訪問技術，使得自動批閱系統有較高的性能。
4 系統實現的關鍵技術
4.1 數據庫訪問[5]
本系統采用SQL Server 2005來存儲數據，多數情況下數據訪問都是采用直接在SQLConnection中寫入調用ConnectionString的屬性。但是在項目開發中以類的形式來組織，封裝一些常用的方法和事件，不僅可以提高代碼的重用率，也大大方便代碼的管理。本系統中創建一個公共類EditData，主要用來訪問SQL Server 2005數據庫，數據庫操作主要的功能是連接數據庫。
4.2 角色權限管理
本系統共設學生、教師和管理員三個角色的單入口登錄界面，在數據庫的用戶表中也給不同的角色設置了不同的權限，因此在登錄界面中輸入用戶名、密碼，和在角色下拉框中選擇自己的角色后，在登錄過程中，系統會自動對用戶名、密碼和角色進行判斷是否正確，是則進入相應的頁面和賦予相應的操作權限，否則給出相關提示。這樣即可以限制不同用戶對網站的訪問權限，也保證了數據庫中數據的安全性[4]。
5 結 語
大學物理實驗報告自動批閱系統的運用，實現了高效的計算機和大學物理實驗教學的結合，開創了大學物理實驗教學中實驗報告的新模式。利用不厭其煩的計算機來輔助物理實驗教學，更好地減輕教師的負擔，提高實驗報告的批閱效率和準確性，同時也推進了物理實驗教學的信息化管理。本系統使用方便，操作簡單，使用性強，從運行情況看，系統反饋比較快，錯誤提示簡潔明了，批改結果準確，現已在我校物理實驗教學中使用，取得了良好的效果。同時為開發其他程序設計課程的自動批改系統提供了參考模型，具有一定的參考價值[1，6]。
參考文獻
[1] 趙龍.大學物理實驗報告自動批閱系統設計[J].船海工程，2009，38（2）：98?100.
[2] 夏強.Excel VBA應用開發與實例精講[M].北京：科學出版社，2006.
[3] 趙龍.大學物理實驗教學與考核系統的設計[J].教育論壇，2010（3）：17?19.
[4] 嚴良達，朱曉鳴，余鳳鋼環境下在線考試系統的設計與實現[J].辦公自動化雜志，2011（7）：53?55.
關鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻溫度特性
1、引言
熱敏電阻是根據半導體材料的電導率與溫度有很強的依賴關系而制成的一種器件，其電阻溫度系數一般為（-0.003~+0.6）℃-1。因此，熱敏電阻一般可以分為:
Ⅰ、負電阻溫度系數（簡稱NTC）的熱敏電阻元件
常由一些過渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的燒結條件下形成的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導體等材料制成。國產的主要是指MF91~MF96型半導體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室溫范圍內基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無關，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應用于測溫控溫技術，還可以制成流量計、功率計等。
Ⅱ、正電阻溫度系數（簡稱PTC）的熱敏電阻元件
常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫燒制而成。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對可以忽略。載流子數目隨溫度的升高呈指數增加，載流子數目越多，電阻率越校應用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作溫度補償外，還制成各類加熱器，如電吹風等。
2、實驗裝置及原理
【實驗裝置】
FQJ—Ⅱ型教學用非平衡直流電橋，FQJ非平衡電橋加熱實驗裝置（加熱爐內置MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）以及控溫用的溫度傳感器），連接線若干。
【實驗原理】
根據半導體理論，一般半導體材料的電阻率 和絕對溫度 之間的關系為
（1—1）
式中a與b對于同一種半導體材料為常量，其數值與材料的物理性質有關。因而熱敏電阻的電阻值 可以根據電阻定律寫為
（1—2）
式中 為兩電極間距離， 為熱敏電阻的橫截面， 。
對某一特定電阻而言， 與b均為常數，用實驗方法可以測定。為了便于數據處理，將上式兩邊取對數，則有
（1—3）
上式表明 與 呈線性關系，在實驗中只要測得各個溫度 以及對應的電阻 的值，
以 為橫坐標， 為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數 a、b的值。
熱敏電阻的電阻溫度系數 下式給出
（1—4）
從上述方法求得的b值和室溫代入式（1—4），就可以算出室溫時的電阻溫度系數。
熱敏電阻 在不同溫度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，B、D之間為一負載電阻 ，只要測出 ，就可以得到 值。
當負載電阻 ，即電橋輸出處于開
路狀態時， =0，僅有電壓輸出，用 表示，當 時，電橋輸出 =0，即電橋處于平衡狀態。為了測量的準確性，在測量之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關。
若R1、R2、R3固定，R4為待測電阻，R4 = RX，則當R4R4+R時，因電橋不平衡而產生的電壓輸出為：
（1—5）
在測量MF51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋 ， ，且 ，則
（1—6）
式中R和 均為預調平衡后的電阻值，測得電壓輸出后，通過式（1—6）運算可得R，從而求的 =R4+R。
3、熱敏電阻的電阻溫度特性研究
根據表一中MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻~溫度特性研究橋式電路，并設計各臂電阻R和 的值，以確保電壓輸出不會溢出（本實驗 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。
根據橋式，預調平衡，將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置，按下G、B開關，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將測量數據列表（表二）。
表一 MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻～溫度特性
溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
電阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
表二 非平衡電橋電壓輸出形式（立式）測量MF51型熱敏電阻的數據
i 9 10
溫度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
熱力學T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.692.9 2507.6 2345.1
根據表二所得的數據作出 ～ 圖，如右圖所示。運用最小二乘法計算所得的線性方程為 ，即MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）的電阻～溫度特性的數學表達式為 。
4、實驗結果誤差
通過實驗所得的MF51型半導體熱敏電阻的電阻—溫度特性的數學表達式為 。根據所得表達式計算出熱敏電阻的電阻～溫度特性的測量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：
表三 實驗結果比較
溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
參考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
測量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相對誤差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
從上述結果來看，基本在實驗誤差范圍之內。但我們可以清楚的發現，隨著溫度的升高，電阻值變小，但是相對誤差卻在變大，這主要是由內熱效應而引起的。
5、內熱效應的影響
在實驗過程中，由于利用非平衡電橋測量熱敏電阻時總有一定的工作電流通過，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產生穩定的高于外界溫度的附加內熱溫升，這就是所謂的內熱效應。在準確測量熱敏電阻的溫度特性時，必須考慮內熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和探討。
6、實驗小結
通過實驗，我們很明顯的可以發現熱敏電阻的阻值對溫度的變化是非常敏感的，而且隨著溫度上升，其電阻值呈指數關系下降。因而可以利用電阻—溫度特性制成各類傳感器，可使微小的溫度變化轉變為電阻的變化形成大的信號輸出，特別適于高精度測量。又由于元件的體積小，形狀和封裝材料選擇性廣，特別適于高溫、高濕、振動及熱沖擊等環境下作溫濕度傳感器，可應用與各種生產作業，開發潛力非常大。
參考文獻：
[1] 竺江峰，蘆立娟，魯曉東。 大學物理實驗[M]
[2] 楊述武，楊介信，陳國英。普通物理實驗（二、電磁學部分）[M] 北京：高等教育出版社
