大学物理实验教案-霍尔效应

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1、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V与霍尔元件工作电流之间的关系，了解霍尔电势差V与励磁电流之间的关系。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。2、霍尔效应一

2、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。3霍尔电压的测量实际测量时所测的电压不是，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

3、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

4、应实验目的：1、了解霍尔效应原理。2、了解霍尔电势差V与霍尔元件工作电流之间的关系，了解霍尔电势差V与励磁电流之间的关系。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之中，磁场（沿z轴）垂直于电流（沿x轴）的方向，如图所示，则在导体中垂直于和的方向上出现一个横向电势差，这个现象称为霍尔效应。ISEH+FB++++----zyxACC’A’bd这一效应对金

5、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，是当电流通过霍尔元件（假设为型，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（1）式中为载流子电荷。洛沦兹力使载流子产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载

6、流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E，直到电场对载流子的作用力FE=qE与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即（2）这时载流子在样品中流动时将不偏转地通过霍尔元件，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。如果是型样品，即导电的载流子是电子，则横向电场与前者相反，所以型样品和型样品的霍尔电势差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。设型样品的载流子浓度为，宽度为，厚度为。通过样品电流，则空穴的速度，代入（2）式有（3）上式两边各乘以，便得到（4）霍尔电压（、之间电压）与、的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数，称为霍

7、尔系数。它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。（5）在应用中一般写成（6）比例系数，称为霍尔元件灵敏度，单位为mV/(mA·T)。一般要求愈大愈好。与载流子浓度成反比，半导体内载流子浓度远比金属载流子浓度小，所以选用半导体材料作为霍尔元件。与片厚成反比，所以霍尔元件都做的很薄，一般只有0.2mm厚。由（4）式可以看出，知道了磁感应强度，只要分别测出传导电流及霍尔电势差，就可算出霍尔系数和霍尔元件灵敏度。二、由确定以下参数（1）由的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判断的方法是按图所示的和的方向，若测得的>0,（即电流

8、流入端电势高于流出端的电势），则为正，样品属型，反之则为型。（2）由求载流子浓度，即。应该指出，这个关系是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的（严格一点，应考虑载流子的速度统计分布，在若磁场下应引入一个修正因子）。（3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率。电导率可以通过图6-1所示的、