一种霍尔效应测量磁场的设计方法.pdfVIP

第23卷第5期 大学物理实验 V01．23No．5 20lO年10月 PHYSIcALEXPERIMENT0Fa儿LEGE Oct．20i0 文章编号：1007—2934(2010)05—0038-03 一种霍尔效应测量磁场的设计方法 吴魏霞，杨少波，张明长 (北京印刷学院，北京102600) 摘 要：针对大学物理实验中”霍尔效应法测量磁场”项目只能测长直螺线管轴线上一维稳恒磁场 分布的不足，提出一种设计方法，来测量任一未知稳恒磁场的二维分布，进而可扩展到测量三维分布。 可使学生深刻全面理解霍尔效应测磁场的原理及磁场的性质，并可作为设计性实验项目在大学物理实 验课中开出，培养学生的创新意识。 关键词：霍尔效应；磁场；方法设计 中图分类号：0441．5 文献标志码：A 霍尔效应是一种电磁效应，即如果在电流的 仪器为螺线管磁场实验仪与霍尔效应测试仪，这 垂直方向加上磁场，则在与电流和磁场都垂直的 两种仪器均为集成化程度较高的仪器，大大限制 方向上将建立一个电场。利用霍尔效应可以测量 了学生开发思维和自制装置测磁场的能力。为 磁场、霍尔片载流子的浓度、霍尔片的电导率和迁 此，选取了一些学生熟悉的器件，且操作简单、取 移率等[1。3]。其中利用霍尔效应测量磁场是大学材方便、价格低廉。具体如下： 物理实验中的一个基本电磁实验项目。该实验可 选取的磁场源为一对条形磁铁；霍尔元件是 让学生在了解霍尔效应的基础上，通过测量磁场， 一霍尔片(其霍尔系数和最大限制电流已知)；毫 从而加深对大学物理理论课中所学的“磁场”概念 伏表一只，用来测量霍尔电压；毫安表一只，用来 及性质的理解。现在大学物理实验中的“霍尔效 测量霍尔电流；开关两只，可控制总电路和霍尔片 应法测量磁场”项目都是让学生利用霍尔效应组 工作电路；稳压电源一只，用来提供霍尔片工作电 合仪测量长直螺线管轴线上的一维稳恒磁场分布 流；电阻一只，作为限流电阻；为了将霍尔片固定， 情况[4-6]，学生看不到霍尔元件及仪器内部的电路 采用一空心圆柱体(如笔芯等)，利用胶水等黏性 连接，从而限制了他们的直观理解，也限制了对磁 场具有三维分布这个重要特点的认识。为此提出 物质将霍尔片固定于其底部；量角器一只，用来指 了一种设计方法，可以让学生利用平时能接触到 示霍尔片法线方向；带有坐标的胶片一张，用来确 的简单的电学仪器及小器件，自己设计电路，轻松 定所测点的坐标；有机玻璃一块，与胶片固定在一 方便地测出磁场的二维分布，进而可扩展到三维 起，作为辅助器件；导线若干，用来连接电路；乳 分布情况。该设计方法可以使学生更直观地理解 胶，用来固定条形磁铁和霍尔片。 霍尔效应测磁场的原理，也加深了对“磁场”是一 1．2实验装置设计 点矢量的认识。该方法原理简单，思维新颖，可使 本实验所依据的原理仍为霍尔效应测磁场原 学生在测量一维稳恒磁场分布的基础上开阔思 理，测量磁场的三维分布是测二维分布的扩展，在 路，培养创新