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时间:2018-09-17
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1、霍尔效应的探究结题报告龙游第二高级中学指导教师:余红岩高二(7)(8)班组长:潘非凡第一执笔人:潘非凡组员:潘非凡、王晨越、袁沈甜、邱晓芬、余烈、何畅、徐壑、严姣、夏航骏、姜利军。2008.04.2013成果类别:学科类霍尔效应探究结题报告龙游第二高级中学 [课题成员]:潘非凡、王晨越、(7班)袁沈甜、邱晓芬、余烈、何畅、徐壑、严姣、夏航骏、姜利军(8班)。[指导教师]:余红岩。[课题研究背景]:霍尔效应是1879年被EH霍尔发现,它定义了磁场和感应电压之间的关系,这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体时,磁场会对导体中的电子产生一个横向的作用力,从而在导体
2、的两端产生电压差。讫今为止,霍尔效应已得到了广泛的作用,例如,利用霍尔效应制成的传感器和开关具有无触电、低功耗,使用寿命,响应频率高等优点。而所研究的正是它们的工作的应用,原理——霍尔效应,来深入认识和解析霍尔现象。[摘要]:运用所学知识,以及查得的相关资料对影响的因素进行理论分析,并设计实验分析结果进行验证,分析是本次研究的重点。通过理论和实验相结合分析,可得知:霍尔系数决定了霍尔无件对磁场有无的感应能力的强弱。对于霍尔系数一定的霍尔元件来说,所加磁场越大、则霍尔效应越明显……[研究过程]:(一)明确研究目的及意义(二)观察、了解霍尔现象(三)分析、解释霍尔现象,推导影响输出霍尔电
3、压的因素13(四)实验的设计与记录,(五)分析实验,得出结论,(六)结论与成效。一、 研究目的及意义:(1)弄清什么是霍尔效应。(2)弄清霍尔电压与哪些因素有关。(3)掌握研究霍尔效应的方法。(4)分析不同霍尔元件的电压。(5)了解霍尔元件的用途。二、 观察、了解霍尔现象。三、 霍尔效应的解析、与影响霍尔电压的因素的分析。所谓霍尔效应,是指磁场作用于载流金属导体,半导体中的载流了时,产生横向电位差的物理现象,故可如下分析影响因素。如图:是发生霍尔效应的一段导体,L为导体厚度,d为导体的宽度,I是通过导休的电流,B是所加磁场强度,查得霍尔电压U=KIB/d其中K是霍尔
4、系数,n为单位体积内自由电数即载流子浓度(可以将其简化为单个电子进行受力分析).根据霍尔效应,我们可以得出磁场的作用效果使运动电子受到一个向上的洛伦兹力F洛=eVB……(1)13而产生的电场,完全阻碍了使电子在洛仑兹力方向上的运动效果,使电子受到与F洛大小相同方向相反的电场力:F电=Ee(E表示产生场强的大小)……(2)场强E与U存在如下关系:U=EL……(3)故联(2)、(3)可得:F电=U.e/L……(4)因通过该导体的电流可表示成:I=n.e.s.V=neLdV……(5)故联(1)(5)可得,F洛=I.B/nLd……(6)由两个力对电子的作用效果可得:F洛=F电……(7)Ue/
5、L=I.B/(n.e.dL)……(8)化简:U=I.B/(n.e.d)……(9)K=1/ned分析结果:所以由(9)我们可以认识到影响输出霍尔电压大小的因素有磁场B,通过电流的大小I以及K的大小即1/ne的大小和导体宽度d。并且对于同一材料制成的霍尔元件,K的值相同。即K由其材料性质决定,而且K的不同,霍尔元件对于磁场的感应能力也就不同。四、 实验设计(1)实验目的:测量并记录不同型号霍尔元件在不同磁场下的霍尔电压,验证理论分析结果。(2)实验方法,控制变量法。13(3)实验准备:霍尔元件3144、44E、以及未知型号霍尔元件,一块磁性故弱的条形磁块,一小块强磁性磁铁,数字式电
6、表,直流电源,开关、若干导线。 (4)实验步骤:1、连接好装置。2、测得在不加磁场情况下的霍尔电压。3、用条形磁铁的一极直于霍尔元件背面靠近,在某一固定位置测出霍尔电压,接着换成另一极,在同一位置测出霍尔电压,记录下相关数据。再换成强磁性磁铁进行上述操作。4、将元件换成其它型号元件,重复上述操做,记录数据。磁场情况霍尔电压V/V 型号条形磁铁强磁性磁铁不加磁场磁铁所处位置N极靠近S极靠近N极靠近S极靠近3144(1)0.000.024-0.0022.0000.000离元件较近且等距 (2)0.000.0220.0002.200-0.002未知参数的霍尔元件0.0000.0000.00
7、04.1000.00144E(3)0.0050.121 0.002(4)0.0050.021 0.002较远五.结论: 由上表可知:(1)在强磁场下霍尔效应明显(2)未知参数的霍尔元件与3144的性能较好,K值较大。13六.结论与成效:通过本课题的研究,我们学习到了许多书本上学不到的方法。比如,在我们的生活中,存在着许多的电学与磁学知识,我们可以通过自己掌握的知识运用到日常生活中,有利于通过生活中的实践,更好地理解物理知识添加一些知识.又如何查资料,如
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