霍爾效應思考題答案范文第1篇
二、實驗目的：
1、了解霍爾效應產生原理;
2、測量霍爾元件的、曲線， 了解霍爾電壓與霍爾元件工作電流、直螺線管的勵磁電流間的關系;
3、學習用 霍爾元件測量磁感應強度的原理和方法，測量長直螺旋管軸向磁感應強度及分 布;
4、學習用對稱交換測量法(異號法)消除負效應產生的系統誤差。
三、儀器用具：YX-04 型霍爾效應實驗儀(儀器資產編號)
四、實驗原理：
1、 霍爾效應現象及物理解釋霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛 侖茲力作用而引起的偏轉。當帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中，這 種偏轉就導致在垂直于電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積，從而形成附 加的橫向電場。對于圖1 所示。半導體樣品，若在x 方向通以電流，在z 方向 加磁場，則在y 方向即樣品A、A′電極兩側就開始聚積異號電荷而產生相應的 電場，電場的指向取決于樣品的導電類型。顯然，當載流子所受的橫向電場力 時電荷不斷聚積，電場不斷加強，直到樣品兩側電荷的積累就達到平衡，即樣 品
A、A′間形成了穩定的電勢差(霍爾電壓)。設為霍爾電場，是載流子在電流 方向上的平均漂移速度;樣品的寬度為，厚度為，載流子濃度為，則有：(1-1)
因為，，又根據，則(1-2)其中稱為霍爾系數，是反映材料霍爾效應強弱的重要 參數。只要測出、以及知道和，可按下式計算：(1-3)(1-4)為霍爾元件靈敏度。
根據RH 可進一步確定以下參數。(1)由的符號(霍爾電壓的正負)判斷樣品的導 電類型。判別的方法是按圖1 所示的和的方向(即測量中的+，+)，若測得的 <0(即A′的電位低于A 的電位)，則樣品屬N 型，反之為P 型。(2)由求載流子 濃度，即。應該指出，這個關系式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得 到的。嚴格一點，考慮載流子的速度統計分布，需引入的修正因子(可參閱黃昆、 謝希德著《半導體物理學》)。(3)結合電導率的測量，求載流子的遷移率。電 導率與載流子濃度以及遷移率之間有如下關系：(1-5)
2、霍爾效應中的副效應 及其消除方法上述推導是從理想情況出發的，實際情況要復雜得多。產生上述 霍爾效應的同時還伴隨產生四種副效應，使的測量產生系統誤差，如圖 2 所示。
(1)厄廷好森效應引起的電勢差。由于電子實際上并非以同一速度v 沿y 軸負向 運動，速度大的電子回轉半徑大，能較快地到達接點3 的側面，從而導致3 側 面較4 側面集中較多能量高的電子，結果
3、4 側面出現溫差，產生溫差電動勢。
可以證明。的正負與和的方向有關。(2)能斯特效應引起的電勢差。焊點
1、2 間接觸電阻可能不同，通電發熱程度不同，故
1、2 兩點間溫度可能不同，于是 引起熱擴散電流。與霍爾效應類似，該熱擴散電流也會在
3、4 點間形成電勢差。
若只考慮接觸電阻的差異，則的方向僅與磁場的方向有關。(3)里紀-勒杜克效 應產生的電勢差。上述熱擴散電流的載流子由于速度不同，根據厄廷好森效應 同樣的理由，又會在
3、4 點間形成溫差電動勢。的正負僅與的方向有關，而與 的方向無關。(4)不等電勢效應引起的電勢差。由于制造上的困難及材料的不均 勻性，
3、4 兩點實際上不可能在同一等勢面上，只要有電流沿x 方向流過，即 使沒有磁場，
3、4 兩點間也會出現電勢差。的正負只與電流的方向有關，而與 的方向無關。綜上所述，在確定的磁場和電流下，實際測出的電壓是霍爾
效應 電壓與副效應產生的附加電壓的代數和?？梢酝ㄟ^對稱測量方法，即改變和磁 場的方向加以消除和減小副效應的影響。在規定了電流和磁場正、反方向后， 可以測量出由下列四組不同方向的和組合的電壓。即：，：，：，：，：然后 求，，，的代數平均值得：
通過上述測量方法，雖然不能消除所有的副效應，但較小，引入的誤差不 大，可以忽略不計，因此霍爾效應電壓可近似為(1-6)
3、直螺線管中的磁場分 布
1、以上分析可知，將通電的霍爾元件放置在磁場中，已知霍爾元件靈敏度， 測量出和，就可以計算出所處磁場的磁感應強度。(1-7)
2、直螺旋管離中點處 的軸向磁感應強度理論公式：(1-8)式中，是磁介質的磁導率，為螺旋管的匝數， 為通過螺旋管的電流，為螺旋管的長度，是螺旋管的內徑，為離螺旋管中點的 距離。X=0 時，螺旋管中點的磁感應強度(1-9)
五、實驗內容：測量霍爾元件的、關系;
1、將測試儀的"調節"和"調節"旋 鈕均置零位(即逆時針旋到底)，極性開關選擇置"0"。
2、接通電源，電流表顯 示"0.000"。有時，調節電位器或調節電位器起點不為零，將出現電流表指示末 位數不為零，亦屬正常。電壓表顯示"0.0000"。
3、測定關系。取=900mA，保持 不變;霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向14.00cm 處與讀數零點對 齊)。順時針轉動"調節"旋鈕，依次取值為1.00，2.00，…，10.00mA，將和極 性開關選擇置"+"和"-"改變與的極性，記錄相應的電壓表讀數值，填入數據記 錄表 1。
4、以為橫坐標，為縱坐標作圖，并對曲線作定性討論。
5、測定關系。
取=10 mA,保持不變;霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向14.00cm 處與讀數零點對齊)。順時針轉動"調節"旋鈕，依次取值為0，100，200，…， 900 mA，將和極性開關擇置"+"和"-"改變與的極性，記錄相應的電壓表讀數值， 填入數據記錄表2。
6、以為橫坐標，為縱坐標作圖，并對曲線作定性討論。測 量長直螺旋管軸向磁感應強度
1、取=10 mA，=900mA。
2、移動水平調節螺釘， 使霍爾元件在直螺線管中的位置(水平移動游標尺上讀出)，先從 14.00cm 開始， 最后到0cm 點。改變和極性，記錄相應的電壓表讀數值，填入數據記錄表3， 計算出直螺旋管軸向對應位置的磁感應強度。
3、以為橫坐標，為縱坐標作圖， 并對曲線作定性討論。
4、用公式(1-8)計算長直螺旋管中心的磁感應強度的理 論值，并與長直螺旋管中心磁感應強度的測量值比較，用百分誤差的形式表示 測量結果。式中,其余參數詳見儀器銘牌所示。
六、注意事項：
1、為了消除副 效應的影響，實驗中采用對稱測量法，即改變和的方向。
2、霍爾元件的工作電 流引線與霍爾電壓引線不能搞錯;霍爾元件的工作電流和螺線管的勵磁電流要 分清，否則會燒壞霍爾元件。
3、實驗間隙要斷開螺線管的勵磁電流與霍爾元件 的工作電流，即和的極性開關置0 位。
4、霍耳元件及二維移動尺容易折斷、變 形，要注意保護，應注意避免擠壓、碰撞等，不要用手觸摸霍爾元件。
七、數 據記錄：KH=23.09，N=3150 匝，L=280mm,r=13mm 表1 關系 (=900mA)(mV)(mV)(mV)(mV)
1.00 0.28-0.27 0.31-0.30 0.29 2.00 0.59-0.58 0.63-0.64 0.613.00 0.89-0.87 0.95-0.96 0.904.00 1.20-1.16 1.27-1.29 1.235.00 1.49-1.46
1.59-1.61 1.546.00 1.80-1.77 1.90-1.93 1.857.00 2.11-2.07 2.22-2.25
2.178.00 2.41-2.38 2.65-2.54 2.479.00 2.68-2.69 2.84-2.87 2.7710.00
2.99-3.00 3.17-3.19 3.09 表2 關系(=10.00mA)
(mV)(mV)(mV)(mV)
0-0.10 0.08 0.14-0.16 0.12 100 0.18-0.20 0.46-0.47 0.33200 0.52- 0.54
0.80-0.79 0.66300 0.85-0.88 1.14-1.15 1.00400 1.20-1.22 1.48- 1.49
1.35500 1.54-1.56 1.82-1.83 1.69600 1.88-1.89 2.17-2.16 2.02700
2.23-2.24 2.50-2.51 2.37800 2.56-2.58 2.84-2.85 2.71900 2.90-2.92
3.18-3.20 3.05 表3 關系=10.00mA，=900mA (mV)(mV)(mV)(mV)B×10-3T 00.54-0.56-0.73-0.74 2.88 0.5 0.95-0.99 1.17-1.18 4.641.0 1.55-1.58
霍爾效應思考題答案范文第2篇
1實驗中學生存在的主要問題[1]
大多數學生對實驗目的不明確,實驗原理不清楚,實驗內容和步驟不熟悉,在沒有老師的指導下基本上不能獨立完成實驗。 另外,在實驗中不能用所學的物理理論知識去分析觀察到的實驗現象和判斷所測實驗數據的正誤, 團結協作精神和動手、動腦的能力較差。 撰寫實驗報告不規范,大部分學生的實驗報告抄書,缺乏歸納、總結能力和對實驗數據的處理能力等。
2實驗教學方案的設計
為了解決和克服以上存在的問題, 提高實驗教學的效果, 設計合適的實驗教學方案是非常重要的。
2.1課外引導學生預習實驗
借助網絡把要完成該實驗必須掌握的幾個關鍵問題上傳到網絡學堂。 (1)霍爾效應法測螺線管磁場的原理是什么? (2)測量磁感應強度要測的關鍵物理量是什么? (3)采用什么方法測霍爾電壓? 讓學生針對性的預習實驗,老師在網上答疑,提高實驗預習的效果。
借助網絡把實驗儀器的操作使用上傳到網絡學堂。 拍攝教師介紹使用實驗儀器螺線管磁場實驗儀和螺線管磁場測試儀測量霍爾電壓的視頻并上傳到網絡學堂, 讓學生身臨其境,這比起只看實驗教材中的圖片和文字介紹更容易讓學生掌握實驗儀器的使用。
借助網絡把預習實驗報告的樣本上傳到網絡學堂。 學生進入大學后第一次寫實驗預習報告,不知道怎么寫。 把預習實驗報告的樣本上傳到網絡學堂以供學生參考,讓學生能比較規范的寫出預習實驗報告。
2.2考查學生預習實驗的效果
在上課前首先檢查學生是否按要求完成了預習報告,然后隨機抽查每個小組成員對實驗預習中提出的幾個問題,由每小組學生共同回答,并作為預習實驗成績。 這樣有利于促使學生認真預習實驗,提高預習實驗的效果。 再者,老師可根據學生回答問題的情況、針對性地對實驗進行現場講解和指導,提高實驗教學效率。
2.3提高學生的學習興趣
興趣是最好的老師。 通過介紹霍爾效應及其應用來提高學生對該實驗的興趣。
2.3.1霍爾效應及其發展
霍爾效應[2]是載流試樣在與之垂直的磁場中由于載流子受洛侖茲力作用發生偏轉而在垂直于試樣和磁場方向的試樣兩個端面上產生電勢差的現象。 霍爾效應在不斷的發展和應用, 馮·克利青在極強磁場和極低溫度下發現了量子霍爾效應,它的應用大大提高了測量有關基本常數的準確性。 科學家們在2010年的研究中發現了無需外磁場的量子霍爾效應(量子化反?；魻栃?,這一發現為低能量耗散的新型電子器件設計指出了一個新的發展方向。
2.3.2霍爾效應的應用[3]
利用霍爾效應原理制成的霍爾元件是一種磁電轉換元件, 又稱霍爾傳感器。 霍爾傳感器被用在日常生活所用的電器如洗衣機、錄像機、電飯煲、電冰箱等中。 同時它在工程技術和科學技術中也有著廣泛的應用,如確定半導體的類型、確定載流子的濃度、測量磁場強度、測量電流強度、測量微小位移、壓力傳感器、 車用傳感器、電磁無損探傷、磁流體發電等。 霍爾傳感器在飛機、 軍艦、航天器、新軍事裝備及通訊中應用也相當廣泛。
2.4重點講授,指導學生做實驗
用霍爾效應法測螺線管磁場是采用的間接測量法。 教師重點講授是 怎樣得出 用霍爾效 應法測螺 線管磁場 的原理式 [4]?為什么要采用電流和磁場換向的對稱測量法來測量霍爾電壓[5]? 教師邊講邊演示電流和磁場換向的對稱測量法測量霍爾電壓的方法[6]。 然后教師對學生進行個別指導和答疑 ,并對學生所測的原始數據進行檢查簽字。
2.5指導學生撰寫規范的實驗報告
實驗報告是在預習報告的基礎上進行補充、修改和完善。 它包括實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗器材、實驗內容和步驟、實驗數據記錄、實驗數據的處理、實驗誤差討論。 把往屆學生寫得較好的實驗報告上傳到網絡學堂上讓學生作為參考。 教師著重講解實驗數據的分析和處理, 培養學生處理和分析實驗數據的能力。
3結語
總之,要提高大學物理實驗教學效果,在大學物理實驗教學中要采用多種教學方法和教學手段, 充分發揮學生的學習主動性,培養學生的實驗綜合素質和能力。
摘要：在大學物理實驗教學中,要設計實驗教學方案,以達到實驗教學效果好,實驗誤差小,有效地培養學生的實驗綜合能力以及求實的科學精神和團結協作精神的目的。