大学物理实验教案-霍尔效应.pdf
大学物理实验教案实验名称霍尔效应教学时数4 学时教学目的和要求1、了解霍尔效应原理。2、了解霍尔电势差VH与霍尔元件工作电流sI之间的关系，了解霍尔电势差VH与励磁电流mI之间的关系。3、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。4、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 的原理和方法。教学重点1、霍尔效应原理。2、对称交换测量法消除负效应产生的系统误差。3、用霍尔元件测量磁场的原理和方法。教学难点1、用霍尔元件测量磁场的原理和方法。2、霍尔电压测量时产生附加电压的消除方法教学内容1、真空中载流长直螺线管内部的磁感应强度为nIB0。2、霍尔效应一通电薄条在电场垂直方向加一磁场，结果发现在电场与磁场都垂直的方向上会出现一个电场。BiKVHH3 霍尔电压的测量实际测量时所测的电压不是HV，还包括其它因素带来的附加电压：（1）不等势电压VO，（2）厄廷豪森效应VE，（3）能斯脱效应VN，（4）里记勒杜克效应VRL，我们可通过改变IS、B 的方向的办法，使在不同的测量条件下抵消这些因素的影响。教学方法教师讲解教学内容，明确其重点和难点，然后实际演示操作要点。教学手段学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。时间分配第一次课讲授30 分钟，学生操作70 分钟，做霍尔效应。第二次课做测量螺线管磁场部分。板书设计实验目的、实验原理、测量关系式、数据处理提示。主要参考资料1、杨述武等，普通物理实验（第四版）M.北京：高等教育出版社，2007.2、郑庚兴，大学物理实验M.上海：上海科学技术文献出版社，2004.3、黄水平，大学物理实验M.北京：机械工业出版社，2012.4、徐扬子，丁益民，大学物理实验M.北京：科学出版社，2006.5、李蓉，基础物理实验教程M.北京：北京师范大学出版社，2008.实验名称：霍尔效应实验目的：1、了解霍尔效应原理。2、了解霍尔电势差VH与霍尔元件工作电流sI之间的关系，了解霍尔电势差VH与励磁电流mI之间的关系。3、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。4、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 的原理和方法。实验仪器：TH-H 霍尔效应实验仪 TH-H霍尔效应测试磁场测试仪实验原理：一、霍尔效应原理若将通有电流的导体置于磁场B之中，磁场B（沿 z 轴）垂直于电流SI（沿 x 轴）的方向，如图所示，则在导体中垂直于B和SI的方向上出现一个横向电势差HU，这个现象称为霍尔效应。这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。利用霍尔效应可以测定载流子浓度、载流子迁移率等重要参数，是判断材料的导电类型和研究半导体材料的重要手段。还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率，以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。霍尔电势差产生的本质，是当电流SI通过霍尔元件（假设为P型，即导电的载流子是空穴。）时，空穴有一定的漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力IS EH+FB+-zyxACCAbd文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 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厚。由（4）式可以看出，知道了磁感应强度B，只要分别测出传导电流SI及霍尔电势差HV，就可算出霍尔系数HR和霍尔元件灵敏度HK。文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 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之间出现热扩散电流。在磁场的作用下，在c、e两端出现了横向电场，由此产生附加电势差，记为NV。其方向与HI无关，只随磁场方向而变。（3）里纪勒杜克效应由于热扩散电流的载流子的迁移率不同，类似于厄廷豪森效应中载流子速度不同一样，也将形成一个横向的温度梯度，以产生附加电势差，记为RLV。其方向只与磁场方向有关，且与HV同向。2不等势电势差不等势电势差是由于霍耳元件的材料本身不均匀，以及电压输入端引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍耳片的两侧所引起的，如图所示。因此，当电流HI流过霍耳元件时，在电极3、4 之间也具有电势差，记为0V，其方向只随HI方向不同而改变，与磁场方向无关。3副效应的消除根据以上副效应产生的机理和特点，除EV外，其余的都可利用异号法消除其影响，因图 2 能斯特效应图 3 不等势电势差而需要分别改变HI和B的方向，测量四组不同的电势差，然后作适当的数据处理，而得到HV。取B、HI测得10HENRLVVVVVV取B、HI测得20HENRLVVVVVV文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 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VH值。4、在零磁场下，取IS=0.20mA，测量U文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 HV1O10L9M1C5 ZA1G10G1K3L7文档编码:CQ10O2Y7F1F9 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