华科物理实验霍尔效应实验报告.docVIP

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华科物理实验霍尔效应实验报告.doc

霍耳效应实验报告 学号:200702050940 实验人:张学林 同组人: 杨天海 实验目的: 观察霍耳效应; 了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方法 实验内容: 1、确定样品导电类型; 2、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度; 3、测算长螺线管轴线上的磁场分布。 实验原理: 一、关于霍耳效应 如图一所示。当电流通过一块导体或半导体制成的薄片时,载流子会发生漂移。 而将这种通有电流的薄片置于磁场中,并使薄片平面垂直于磁场方向。根据图一中的电流方向,并结合右手定则,我们可以看到:(1)无论导体中的载流子带正电荷还是负电荷,其受力均为Fm方向;(2)载流子均会沿X轴方向运动,并最终靠在A端。于是:(1)当载流子为正电荷时薄板A端带正电荷,导致板A端电势高于B端;(2)当载流子为负电荷时薄板A端带负电荷,导致板B端电势高于A端。 这就是霍耳效应。 二、关于霍耳效应性质的研究 如图一,关于霍耳效应的相关参量已如图所示。 其中载流子所受的磁场力 (1) 载流子所受的电场力 (2) 当其所受磁场力与电场力受力平衡时: 有关系, (3) 且有, (4) 我们又知道, (5) 于是,由(1)~(3)可知 (6) 再结合(4)式可得 (7) 令 (8) 为霍耳系数,并代入(7)式可得 (9) 那么,霍耳系数又可表示为 (10) 即, (11) 三、关于霍耳效应的应用 1、利用霍耳效应确定导体的类型 由(11)式可得,导体横向电势差与导体中载流子类型有关:当为正时载流子为电子,导体为P型半导体;反之,载流子为空穴,导体为N型半导体。 2、利用霍耳效应计算霍耳系数 根据(9)式,可以固定B、b,改变I得到UH,多测几组U—I值。然后根据几组U—I值在直角坐标系中描点,可根据拟合出来的直线的斜率求出霍耳系数。 霍耳灵敏度的计算 若将(7)式中的括号以内的项定义为霍耳灵敏度,即令。于是,(二、2)中的霍耳系数计算出来,霍耳灵敏度也就计算出来了。 4、利用霍耳效应计算载流子浓度 由(7)、(11)式可得。 于是,载流子浓度的计算可以利用(二、2)中计算出来的霍耳系数来得到 5、利用霍耳效应测定长螺线管轴线上的磁场分布 由于,并结合(7)式可得。当KH确定时,我们可以通过测量对应的UH—I值来测算相应的磁场强度B的值。 实验步骤: 一、确定导体类型 1、依图二连接电路; 2、调节恒流电源HI,使电流为10mA; 3、观察电压表所指示的电压的极性,记录并判断霍耳片的导电类型。 二、测霍耳片对应的U—I值 1、调节HI,记录恒定电流值的大小,读出 电 压表的示数并记录; 2、调节HI,改变恒定电流值大小7次,重 复 上述测量并记录。形成8组数据。 三、测长螺线管轴线上的磁场分布 1、测量螺线管全长l并记录数据; 2、移动附有霍耳片的标尺,使图二中的霍耳片伸入图三中的螺线管中的X(如图四所示)处,读数并记录X的大小; 3、闭合开关S0、S1、S2于某一端,使图二与图三所示电路中的电流均沿各图所示方 向; 4、调节HI0与HI得恒定电流值IM=0.2A、IS=2.00mA; 5、读出图二电路中电压表与电流表的读数并记录入表; 6、改变IM、IS的方向三次,形成四组数据并记录; 7、移动附有霍耳片的标尺,改变霍耳片的位置11次,重复上述测量并记录数据。形成12组数据。 注意事项: 1、注意(一、2,二、2,三、4)步中调节电流时,不要超过霍耳片的额定电流值; 2、注意表上的接线柱及开关S0、S1、S2不要弄错; 3、在实验步骤(三、6)中在磁场变化大的地方要多选几个点。 4、为了防止电磁铁过热,数据记录时,要断开开关S0。 实验数据的记录: 霍耳片对应U—I值 表一 量 次数 0.600 1 2.00 -10.9 10.8 -9.3 9.3 -10.075 2 4.00 -21.7 21.6 -18.6 18.6 -20.125 3 6.00 -32.6 32.5 -28.0 27.9 -30.25 4 8.00 -43.4 43.3 -37.3 37.2 -40.3 0.100 1 10.0

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