华科物理实验霍尔效应实验报告8页.doc

PAGE  PAGE 8 第 页 共  NUMPAGES 8 页 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。 Fe Fm EH I A B a b VH -- + -- + Fe Fm EH I A B a b VH + + -- -- （a） B （b） z y x (图一) 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???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。 DI 霍耳片 DV HI S1 S2 图二 IS 实验步骤： 一、确定导体类型 1、依图二连接电路； DI S0 图三 HI0 IM 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； x l 图四 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