大学物理实验教案-霍尔效应-.doc

大学物理实验教案 实验名称 霍尔效应 教学时数 2学时 教学目的 和要求 1、了解霍尔效应原理。 2、了解霍尔电势差V与霍尔元件工作电流之间的关系，了解霍尔电势差 V与励磁电流之间的关系。 3、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 4、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B的原理和方法。 教学重点 1、霍尔效应原理。 2、对称交换测量法消除负效应产生的系统误差。 3、用霍尔元件测量磁场的原理和方法。 教学难点 1、用霍尔元件测量磁场的原理和方法。 2、霍尔电压测量时产生附加电压的消除方法 教学内容 1、真空中载流长直螺线管内部的磁感应强度为。 2、 霍尔效应 一通电薄条在电场垂直方向加一磁场，结果发现在电场与磁场都垂直的方向上会出现一个电场。 3 霍尔电压的测量 实际测量时所测的电压不是，还包括其它因素带来的附加电压： （1）不等势电压VO， （2）厄廷豪森效应VE， （3）能斯脱效应VN， （4）里记—勒杜克效应VRL， 我们可通过改变IS、B的方向的办法，使在不同的测量条件下抵消这些因素的影响。 教学方法 教师讲解教学内容，明确其重点和难点，然后实际演示操作要点。 教学手段 学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。 时间分配 第一次课讲授30分钟，学生操作70分钟，做霍尔效应。第二次课做测量螺线管磁场部分。 板书设计 实验目的、实验原理、测量关系式、数据处理提示。 主要参 考资料 1、杨述武等，《普通物理实验》（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007. 2、郑庚兴，《大学物理实验》[M]. 上海：上海科学技术文献出版社，2004. 3、黄水平，《大学物理实验》[M]. 北京：机械工业出版社，2012. 4、徐扬子，丁益民，《大学物理实验》[M]. 北京：科学出版社，2006. 5、李蓉，《基础物理实验教程》[M]. 北京：北京师范大学出版社，2008. 实验名称 2、了解霍尔电势差V与霍尔元件工作电流之间的关系，了解霍尔电势差V与励磁电流之间的关系。 3、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 4、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B的原理和方法。 实验仪器： TH-H霍尔效应实验仪 TH-H霍尔效应测试 实验原理： 一、霍尔效应原理 若将通有电流的导体置于磁场之中，磁场（沿z轴）垂直于电流（沿x轴）的方向，如图所示，则在导体中垂直于和的方向上出现一个横向电势差，这个现象称为霍尔效应。 这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。利用霍尔效应可以测定载流子浓度、载流子迁移率等重要参数，是判断材料的导电类型和研究半导体材料的重要手段。还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率，以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。 霍尔电势差产生的本质，是当电流通过霍尔元件（假设为型，即导电的载流子是空穴。）时，空穴有一定的漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力 （1） 式中为载流子电荷。洛沦兹力使载流子产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E，直到电场对载流子的作用力FE=qE与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即 （2） 这时载流子在样品中流动时将不偏转地通过霍尔元件，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。 如果是型样品，即导电的载流子是电子，则横向电场与前者相反，所以型样品和型样品的霍尔电势差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。 设型样品的载流子浓度为，宽度为，厚度为。，则空穴的速度，代入（2）式有 （3） 上式两边各乘以，便得到 （4） 霍尔电压（、之间电压）与、的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数，称为霍尔系数。它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。 （5） 在应用中一般写成 （6） 比例系数，称为霍尔