关于各种物理效应实验专题的报告
【摘要】：本文主要对各种物理效应实验专题（液晶电光效应、太阳能电池伏安特性的测量、光电效应）作简要的原理介绍，同时对实验结果进行了阐述和分析，并且由实验结果分析得到相关实验结论。最后分析了各实验的应用前景。
【关键词】：液晶电光效应、太阳能电池伏安特性的测量、光电效应
【Abstract】: This report mainly introduces the principles briefly of the effect of various physical experiment dissertations (liquid crystal electro-optic effect, measurement of solar battery volt-ampere characteristic, the photoelectric effect). At the same time, the result of these three experiments are expounded and analyzed in this report. Relevant experimental conclusions from the analysis of experimental results are also analyzed. Finally this report introduces the application prospects of these experiments.
【实验背景】：
1、液晶电光效应：1886年,奥地利的植物学家Reinitzer在做有机物的溶解试验时在一定温度范围内观察到液晶.1961年,美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应,并制成了显示器件.
2、太阳能电池伏安特性的测量：太阳能电池也称光伏电池,是将太阳光辐射能直接转换成电能的器件.由这种器件封装成太阳能电池组件,再按需要将1块一块以上的组件组合成一定功率的太阳能电池方阵,也称光伏发电系统。
3、光电效应：光电效应现象是1887年赫兹在验证电磁波存在时发现的,但运用光的经典电磁波理论无法对光电效应的实验规律做出圆满的解释. 1905年，爱因斯坦根据普朗克的能量子假设提出了光电子理论，成功解释了光电效应的规律。
【实验原理概述】：
1、液晶电光效应：液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。
液晶的电光效应有很多种,主要有动态散射型(DC)、扭曲向列型（TN）等本实验所用的液晶样品即为TN型.
图8-40 TN型液晶光开关的结构
TN型光开关的结构如图8-40所示
均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度.取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。在施加足够电压情况下，在静电场的吸引下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。
图8-41 液晶光开光的电光特性曲线 图8-42 液晶的视角特性
图8-41为光线垂直入射时本实验所用液晶相对透射率与外加电压的关系。
由图8-41可见，对于常白模式的液晶，其透射率随外加电压的升高而逐渐降低，在一定电压下达到最低点，此后略有变化。
液晶光开关的视角特性表示对比度与视角的关系。对比度定义为光开关打开和关断时透射光强度之比，对比度大于5时，可以获得满意的图像，对比度小于2，图像就模糊不清了。
2、太阳能电池伏安特性的测量：光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。
太阳电池的工作原理是基于光伏效应。当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光。生电流Iph。同时,由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID ,此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。因此,实际获得的电流I为
太阳电池的输出端短路时，V = 0 （VD≈0），得短路电流
即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比。当太阳电池的输出端开路时，
I = 0，得开路电压
当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图所示。
负载R可以从零到无穷大。当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率Pm为
将Voc与Isc的乘积与最大功率Pm之比定义为填充因子FF，则
FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高。
3、光电效应：在光的照射下,电子从金属表面逸出的现象称为光电效应.图7-34是研究光电效应实验物理规律和测量普朗克常数h的实验原理图.在抽成真空的光电管中,A为阳极,K为阴极光频率为v的光照射到由金属材料做成的阴极K上,就有光电子逸出金属表面,在电场的加速作用下光电子向阳极A迁移,在回路中形成光电流.
当光电管两端加反向电压时,具有最大动能的电子刚好被反向电场阻挡,即
(1)
(2)
(3)
可见,U与v成线性关系
【实验结果】：
【结果分析】：
液晶电光效应：水平方向和垂直方向图像基本走向是相同的，在0.00v~0.90v之间基本保持不变，在0.90v~1.8v之间变化很快，最后达到2.0v后基本不变达到饱和状态，透射率变为0。
但是我们可以从图像中看出，两种方法放置时他们的阀值电压和关断电压都略有区别，我们可以看出水平放置时阀值电压和关断电压都大于垂直放置的，饱和电压也有一定的区别
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#电本在2 — 2.97^，由于电压小于阀值电压，所以透射光强没有明显改变：当电压
增加到1 97^，吋.液品分了的长轴丌始向屯场方向倾斜，透射光强丌始增强;2.97-1 9^，
透射光强叨^增强；当电压在4.99-6.18^时，透射光强持续增强.由于电压大于饱和
电压，故增强程度逐渐减小，当电压在6.18-6.63^时，透射光强基本没明显改变。
太阳能电池伏安特性的测量：
光电效应：
【应用前景】
1、如果两偏振片正交放置，则无电场吋呈透明态，而加电场达到阈值电压后呈不透明
状态。根据液品的这种光电效应特性，如果把液品快门用于焊接面罩，平时是透明态，一旦检出焊接时的电弧光就瞬间对给液晶盒施加电压，降低液品盒的光透射性能，保护眼睛免受焊接电弧光的刺激。另外，根据这个基本原理可制作液晶窗帘等。
2、随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”。光伏技术的基本原理光生伏特效应，它通过半导体光伏器件实现。随着科技的进步，光伏技术将日趋完善，并将在人类能源结构变革中成为作为最干净、最具可持续发展的能源技术。
3、光电效应将光信号转换成了电信号。据此可以产生一系列的光传感器，其应用价值十分广泛。利用光电效应可以制造多种光电器件，如光电倍增管、电视摄像管、光电管、电光度计等。光电效应也可应用于生态农业，一些光电诱导杀虫灯技术以及害虫诱导捕集技术有效防治农业虫害，而且具有良好的应用前景。
【误差分析】
【参考文献】：
[1]许伯强.大学物理实验.江苏大学出版社.2011
[2]祁建霞.扭曲向列相型液晶电光效应的实验研究.北京联合大学学报（自然科学版）.2009
[3]茅倾青.太阳能电池基本特性测定实验.物理实验.2004
[4]连世阳. 硅单晶的表面光伏效应. 厦门大学学报(自然科学版). 1980
第二篇：物理霍尔效应实验思考题
物理霍尔效应实验思考题
【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。