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时间:2018-04-25
《新课标教科版3-1选修三3.5《洛伦兹力的应用》word教案1》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、霍尔效应(课程标准教科书人教版选修3-1第109页)背景资料:1879年霍尔发现,处在匀强磁场中的通电导体板,当电流的方向垂直于磁场时,在垂直于磁场和电流方向的导体板的两端面之间会出现电势差,这一现象称为霍尔效应,如图所示,出现的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压。实验指出,霍尔电势差与通过导体板的电流I,磁场的磁感强度B成正比,与板的厚度d成反比,(1)式中k称为霍尔系数。霍尔效应可用于测量磁场的磁感强度,也可以用于测量电流,特别是测量比较大的电流。实验原理:这次实验使用的是4引脚的半导体霍尔元件,型号为,1、3引脚为输入口,也就是输入电流必须通过1、3引
2、脚流过霍尔元件,而且输入电流一般都很小,基本上是几个毫安的电流,以型号为例,最大输入电流为。相对应的2、4引脚就是输出口,如果输入口通入合适的输入电流,霍尔元件放置在磁场中,那使用灵敏的电压表测量2、4引脚间的电压,就可以测到一个几毫伏的电压,这个电压其实就是霍尔电压。但是显然要用电压传感器直接测量两端的电压,是不可行的,因为霍尔电压确实是太小了,不过可以通过另外的途径解决这一问题,如果把霍尔元件当作一个有内阻的电源,那在2、4引脚间串联一个电阻和微电流传感器,因为有霍尔电压的存在,那回路中就将有一个电流,也就是霍尔电流,为此处串联的电阻,为回路霍尔电源
3、的内阻。当输入电流固定后,霍尔电压与外界磁场变化是成正比的,,因为霍尔电流与霍尔电压成正比,因此也可以说霍尔电流与外界磁感应强度成正比,,在本次实验中我们验证霍尔电流与外界磁感应强度的线性关系。实验装置按下面的方式连接,选取,电源使用一个的干电池,这就是固定了输入电流,把霍尔元件与磁场传感器的感应探头固定在一起,然后放置在桌面上,使它们在整个实验过程中静止,把一块大的磁铁靠近或远离霍尔元件时,近似地认为磁场传感器测到的磁感强度就是霍尔片上的磁感强度,微电流传感器测到的电流变化就是霍尔电流的变化,最后通过计算机将两组数据的关系表示出来,如果实验是成功的,那
4、霍尔电流与磁感应强度的关系就是线性的。霍尔片引脚示意图实验目的:观察霍尔效应,了解霍尔效应中霍尔电压与磁场的磁感应强度关系。实验装置:计算机,数据采集器,微电流传感器,磁场传感器,半导体霍尔元件,导线若干,干电池,电阻箱,磁铁实验步骤:1.先把电阻箱的阻值调到,然后注意观察霍尔片的引脚,区分出输入口和输出口,以型号为例,从霍尔片上有字母或序号的一端看下去,依次从左向右数,引脚的编号分别为1、2、3、4。1、3口是电流输入口,把电阻箱与之串联,如图所示。2.将数据采集器与微电流传感器和磁场传感器连接,然后将数据采集器与计算机连接,进入“TriEiLab”数
5、字化信息系统。3.把微电流传感器的两个信号输入端的导线短接,对微电流传感器进行校零,然后直接把它们接到霍尔片的2、4引脚。4.在实验准备过程中要注意不要使霍尔片引脚接线短接,以免损坏元件;把霍尔片的正面与磁场传感器的探头正面靠在一起,也可以用胶带把它们固定好。5.打开模板“霍耳效应”,在采集间隔和采集数量窗口输入合适的数值,点击开始按钮,将磁铁的N极和S极分别靠近霍尔片,并注意不要使磁场传感器测量值超出量程,实验结束以后点击结束按钮,对实验结果进行分析。实验数据记录与分析:1.霍尔电流与磁场强度的关系从上面的实验结果可以看出,霍尔电流与磁感应强度的关系的
6、确是线性的,所有的数据点都分布在拟合线的附近。注意观察到,在的时刻,磁场时,霍尔电流为,这是因为半导体霍尔片制造工艺并不是严格理想的,以为例,当加入测试电流时,即使外磁场为0,还是有电压输出,这个电压称为不等位电压。2.霍尔电流随时间的变化3.外界磁场强度随时间的变化这两个图象很相似。新DIS实验:以上两幅图中,上图是霍尔电流随时间变化的图象,下图是磁场随时间变化的图象,这两个图象很相似,磁场增大,霍尔电流也增大,磁场减小,霍尔电流也减小。上图是霍尔电流与磁场的关系图象,其拟合线是直线。本此实验电池用1.5V两节,即3V,电阻箱用电阻50.
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