大学物理实验教案.pdf

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1、大大 学学 物物 理理 实实 验验 教教 案案实验题目实验题目霍耳效应法测量磁场实验性质实验性质基本实验实验学时3教师1、熟悉和掌握霍尔磁场测试仪器和霍尔效应装置的使用方法教学目的教学目的2、了解霍尔效应产生的原理3、学习和掌握了用霍尔效应的方法测量磁场4、学习霍尔效应研究半导体材料的性能的方法以及消除副效应影响的方法重重点点难难点点消除副效应对测量结果的影响1霍尔效应的产生机理2怎样消除影响测量准确性的附加效应课前的准备：课前的准备：1.仪器设备的检查，注意要校准砝码。2.实验的预做（采集三组以上数据进行处理）。3.作出数据表格设计的参考。课上教学的设计：课上教学的设计：时间的掌握：留由 5

2、 分钟机动的时间。一、一、课上的常规检查课上的常规检查（预习报告、数据表格的设计等）。(5分钟)二、二、讲解的设计讲解的设计 (30分钟)1 1、引言、引言教教学学过过程程的的设设计计德国物理学家霍尔（E.H.Hall）1879 年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现，任何导体通以电流时，若存在垂直于电流方向的磁场，则导体内部产生与电流和磁场方向都垂直的电场，这一现象称为霍尔效应，它是一种磁电效应(磁能转换为电能)。二十世纪五十年代以来，由于半导体工艺的发展，先后制成了多种有显著霍尔效应的材料，这一效应的应用研究也随之发展起来。现在，霍尔效应已在测量技术、自动化技术、计算机和信息技术等领域得到

3、了广泛的应用。在测量技术中，典型的应用是测量磁场。测量磁场方法不少，但其中以霍尔效应为机理的测磁方法因结构简单、体积小、测量速度快等优点而有着广泛的应用，本实验就是采用这种方法。通过本实验了解霍尔效应的物理原理，掌握用磁电传感器霍尔元件测量磁场的基本方法，学习用异号法消除不等位电压产生的系统误差。2 2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计原则原则实验原理实验原理霍尔效应实质上是运动电荷在磁场中受到洛仑磁力的作用后发生偏转而产生的，当霍尔电场力与洛仑磁力平衡时，霍尔片中载流子不在迁移，这样就在霍尔片的上下两个平面间形成了

4、恒定的电位差霍尔电位差UH，实验测定系数RH=1/ne称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，载流子浓度n越小,则RH越大，UH也越大，所以只有当半导体(n比金属的小得多)出现以后，霍尔效应的应用才得以发展。对于特定的霍尔元件，其厚度d确定，定义霍尔灵敏度KH=RH/d，KH与霍尔片的材料性质、几何尺寸有关，对于一定的霍尔片，其为常数。这样上式是霍尔效应测磁场的基本理论依据，只要已知KH，用仪器测出I及UH，则可求出磁感应强度B。3 3、实验的拓展、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新能力。)1）、测量霍尔

5、元件的不等位电势差2）、测量霍尔片的特性曲线4.4.数据的测量与处理数据的测量与处理要求用做图法处理数据.5 5介绍主要仪器设备与使用介绍主要仪器设备与使用6 6强调实验中要注意的问题强调实验中要注意的问题讲作图法1）、霍尔片又薄又脆，切勿用手摸。2）、霍尔片允许通过电流很小，切勿与励磁电流接错！3）、电磁铁通电时间不要过长，以防电磁铁线圈过热影响测量结果。三、学生的实验开始三、学生的实验开始 (100分钟)四、指导实验四、指导实验实验前 30 分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时间,30 分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答.重点辅导:五、检查实验的结果五、检查实验的结果,签字签字六、实

6、验小结六、实验小结（实验结束前的 10 分钟）1、验中有哪些影响测量准确度的因素？2、用作图法处理实验数据时，是如何利用多次测量来减小测量不确定度的？3、拓展题目完成的意义。课课后后思思考考题题参参考考文文献献板板书书内内容容1分析本实验主要误差来源，计算磁场B 的合成不确定度。2以简图示意，用霍尔效应法判断霍尔片上磁场方向。3如何测量交变磁场，写出主要步骤。1.大学物理实验，李学慧、高峰等编，高等教育出版社，出版时间 2005 年 6 月2.大学物理实验，高峰等编，东北大学出版社，出版时间 1994 年 3 月霍耳效应法测量磁场的题目，在黑板的中央。第一板第一板实验的目的实验的目的1、熟悉和

7、掌握霍尔磁场测试仪器和霍尔效应装置的使用方法2、了解霍尔效应产生的原理3、学习和掌握了用霍尔效应的方法测量磁场4、学习霍尔效应研究半导体材料的性能的方法以及消除副效应影响的方法重点与难点重点与难点1、霍尔效应的产生机理2、消除影响测量准确性的附加效应实验原理实验原理（将原理部分与原理图分成两块）1.1.原理部分原理部分（左侧）霍尔效应实质上是运动电荷在磁场中受到洛仑磁力的作用后发生偏转而产生的，当霍尔电场力与洛仑磁力平衡时，霍尔片中载流子不在迁移，这样就在霍尔片的上下两个平面间形成了恒定的电位差霍尔电位差UH，实验测定1.括号内的解释用语言叙述。系数RH=1/ne称为霍尔系数，是反映材料霍尔效

8、应强弱的重要参数，载流子浓度n越小,则RH越大，UH也越大，所以只有当半导体(n比金属的小得多)出现以后，霍尔效应的应用才得以发展。对于特定的霍尔元件，其厚度d确定，定义霍尔灵敏度KH=RH/d，KH与霍尔片的材料性质、几何尺寸有关，对于一定的霍尔片，其为常数。这样上式是霍尔效应测磁场的基本理论依据，只要已知KH，用仪器测出I及UH，则可求出磁感应强度B。实验的原理图实验的原理图2.2.实验的过程设计实验的过程设计（1）拟好实验步骤。（2）根据仪器设备的使用方法，确定各物理量的测量方法。3 3 实验的拓展实验的拓展1）、测量霍尔元件的不等位电势差2）、测量霍尔片的特性曲线4 4 表格表格：略5 5、实验报告的要求、实验报告的要求：1.数据处理的要求。2.误差分析与问题的讨论6 6、黑板右边的空白备用、黑板右边的空白备用2.寻找几名优秀的学生在课外开放时间内完成拓展实验的题目物理实验教案物理实验教案（霍耳效应法测量磁场）（霍耳效应法测量磁场）冷雪松冷雪松辽宁科技大学理学院实验中心