銻化銦磁阻特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告(帶數(shù)據(jù))

1、精選文檔曲阜師范高校試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)日期：2020.5.23 試驗(yàn)時(shí)間：8：30-12：00姓名：方小柒 學(xué)號(hào)：*試驗(yàn)題目：銻化銦磁阻特性測(cè)量一、 試驗(yàn)?zāi)康模?、了解霍爾測(cè)試儀、霍爾試驗(yàn)儀等電磁學(xué)儀器的構(gòu)造，把握它們的原理，正確讀數(shù)和使用方法。2、把握計(jì)算出電阻值及電阻變化率的方法3、把握計(jì)算磁場(chǎng)較弱時(shí)的二次系數(shù)K；和磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的一次系數(shù)a和b二、 試驗(yàn)儀器：霍爾測(cè)試儀、檢流計(jì)、電壓源、滑線式電橋、霍爾試驗(yàn)儀、滑線變阻器、四線電阻箱、單刀開關(guān)三、 試驗(yàn)內(nèi)容：1.依據(jù)試驗(yàn)原理，正確進(jìn)行試驗(yàn)連線；2.線路連接好以后，檢流計(jì)調(diào)零；3.調(diào)整銻化銦片的位置，將其置于電磁鐵中的最強(qiáng)均勻磁場(chǎng)處；4.選擇合

2、適的電阻值并調(diào)整電橋平衡；5.測(cè)量銻化銦電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的變化關(guān)系；6.記錄數(shù)據(jù)，并處理試驗(yàn)結(jié)果。外加磁場(chǎng)較弱時(shí)，電阻相對(duì)變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次方：RR=KB2（5）求出磁場(chǎng)較弱時(shí)，對(duì)應(yīng)的二次系數(shù)K。 外加磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系：RR=aB+b（6）求出磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的一次系數(shù)a和b。 四、 試驗(yàn)原理：如圖1所示，當(dāng)導(dǎo)電體處于磁場(chǎng)中時(shí)（電流方向與磁場(chǎng)方向垂直），導(dǎo)電體內(nèi)的載流子將在洛侖茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。假如霍爾電場(chǎng)作用和某一速度的載流子受到的洛侖茲力作用剛好抵消，則小于此速度的電子將沿霍爾電場(chǎng)作用的方向偏轉(zhuǎn)，而大于此速度的電子則

3、沿相反方向偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量將削減，即沿電場(chǎng)方向的電流密度減小，電阻增大，也就是由于磁場(chǎng)的存在，增加了電阻，此現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。假如將圖1中a、b短路，霍爾電場(chǎng)將不存在，全部電子將向b端偏轉(zhuǎn)，使電阻變得更大，因而磁阻效應(yīng)更明顯。因此，霍爾效應(yīng)比較明顯的樣品，磁阻效應(yīng)就小；霍爾效應(yīng)比較小的，磁阻效應(yīng)就大。圖1磁阻效應(yīng)通常以電阻率的相對(duì)轉(zhuǎn)變量來(lái)表示磁阻的大小，即用/(0)表示。其中(0)為零磁場(chǎng)時(shí)的電阻率，(B)為在磁場(chǎng)強(qiáng)度為B時(shí)的電阻率，則=(B)-(0)。由于磁阻傳感器電阻的相對(duì)變化率R/R(0)正比于/(0)，這里R=R(B)-R(0)，R(0)、R(B)分別為磁場(chǎng)強(qiáng)度

4、為0和B下磁阻傳感器的電阻阻值。因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對(duì)轉(zhuǎn)變量R/R(0)來(lái)表示磁阻效應(yīng)的大小。很多金屬、合金及金屬化合物材料處于磁場(chǎng)中時(shí)，傳導(dǎo)電子受到猛烈磁散射作用，使材料的電阻顯著增大，稱這種現(xiàn)象為磁阻效應(yīng)。通常以電阻率的相對(duì)轉(zhuǎn)變量來(lái)表示磁阻，即（1）式中，B和o分別為有磁場(chǎng)和無(wú)磁場(chǎng)時(shí)的電阻率。在實(shí)際測(cè)量中，常用磁阻器件的磁電阻相對(duì)轉(zhuǎn)變量R/R來(lái)爭(zhēng)辯磁阻效應(yīng)，由于R/R正比于/，R=R(B)-R(0)，則（2）其中，R(B)是磁場(chǎng)為時(shí)的磁電阻，R(0)為零磁場(chǎng)時(shí)的磁電阻。觀看圖2，不難發(fā)覺(jué)：外加磁場(chǎng)較弱時(shí)，電阻相對(duì)變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度的二次方（3）外加磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈

5、線性函數(shù)關(guān)系，即：（4）圖2磁阻效應(yīng)曲線五、 試驗(yàn)步驟：、流程簡(jiǎn)述1.依據(jù)試驗(yàn)原理，正確進(jìn)行試驗(yàn)連線；2.線路連接好以后，檢流計(jì)調(diào)零；3.調(diào)整銻化銦片的位置，將其置于電磁鐵中的最強(qiáng)均勻磁場(chǎng)處；4.選擇合適的電阻值并調(diào)整電橋平衡；5.測(cè)量銻化銦電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的變化關(guān)系；6.記錄數(shù)據(jù)，并處理試驗(yàn)結(jié)果。外加磁場(chǎng)較弱時(shí)，電阻相對(duì)變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次方：（5）求出磁場(chǎng)較弱時(shí)，對(duì)應(yīng)的二次系數(shù)K。外加磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系：（6）求出磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的一次系數(shù)a和b。、線上操作試驗(yàn)操作方法:(1)主窗口介紹成功進(jìn)入試驗(yàn)場(chǎng)景窗體，試驗(yàn)場(chǎng)景的主窗體如下圖所示：(2)試驗(yàn)連線當(dāng)鼠標(biāo)

6、移動(dòng)到試驗(yàn)儀器接線柱的上方，拖動(dòng)鼠標(biāo)，便會(huì)產(chǎn)生“導(dǎo)線”，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到另一個(gè)接線柱的時(shí)候，松開鼠標(biāo)，兩個(gè)接線柱之間便產(chǎn)生一條導(dǎo)線，連線成功；假如松開鼠標(biāo)的時(shí)候，鼠標(biāo)不是在某個(gè)接線柱上，畫出的導(dǎo)線將會(huì)被自動(dòng)銷毀，此次連線失敗。依據(jù)試驗(yàn)電路圖正確連線，連線操作完成，如下圖所示：(3)試驗(yàn)儀器初始化1)檢流計(jì)調(diào)零線路連接完畢后，斷開電源開關(guān)，打開檢流計(jì)調(diào)整界面，按下檢流計(jì)的電計(jì)按鈕，旋轉(zhuǎn)檢流計(jì)的檔位旋鈕至直接當(dāng)（白點(diǎn)所在位置），旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，并觀看檢流計(jì)的指針，當(dāng)檢流計(jì)的指針指向零點(diǎn)，調(diào)零成功。如下圖所示：2)滑動(dòng)變阻器雙擊打開滑動(dòng)變阻器界面，調(diào)整至適當(dāng)位置。如下圖所示：3)滑線式電橋雙擊打開滑線式電

7、橋界面，調(diào)整至適當(dāng)位置。如下圖所示：(4)雙擊打開電阻箱，調(diào)解電阻箱，選取合適的電阻值。如下圖所示：(5)雙擊打開霍爾試驗(yàn)儀，調(diào)整銻化銦片至均勻磁場(chǎng)處，如下圖所示：(6)調(diào)整勵(lì)磁電流大小，電流每轉(zhuǎn)變0.05A，調(diào)整滑線式電橋使電橋平衡，并記錄L1的大小，填入試驗(yàn)表格。如下圖所示：(7)依據(jù)惠更斯電橋的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系，計(jì)算出銻化銦電阻值及電阻變化率的值，并填入試驗(yàn)表格。如下圖所示：(8)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算磁場(chǎng)較弱時(shí)的二次系數(shù)K；和磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的一次系數(shù)a和b。如下圖所示：六、 試驗(yàn)數(shù)據(jù)：1、從小到大緩慢調(diào)整磁鐵線圈的勵(lì)磁電流的大小，電流每轉(zhuǎn)變0.05A，調(diào)整滑線式電橋使電橋平衡，并記錄一次金屬

8、絲長(zhǎng)度L1（平衡時(shí)，劃線式電橋零刻度到金屬劃片的長(zhǎng)度），共記錄16組數(shù)據(jù)。選擇的標(biāo)準(zhǔn)電阻箱阻值（單位）R= 400 電磁鐵的高斯系數(shù)G（Gs/A） 5130 Im/A磁場(chǎng)強(qiáng)度B(T)金屬絲長(zhǎng)度L1（cm）銻化銦電阻值（）電阻變化率R/R（0）0.000.0000050.06409.10.0000.050.0256549.45472.00.0300.100.0513045.56480.00.2000.150.0769544.65498.00.2450.200.1026043.84516.00.2900.250.1282542.91534.00.3350.300.1539042.13551.90.

9、3800.350.1795541.46570.00.4250.400.2052040.72587.90.4700.450.2308539.80605.90.5150.500.2565039.31623.90.5600.550.2821538.55641.90.6050.600.3078037.91659.90.6500.650.3334537.31677.90.6950.700.3591036.70696.90.7410.750.3847536.06713.90.7852、已知：在外加磁場(chǎng)較弱時(shí)，銻化銦片的電阻相對(duì)變化率（R/R(0)）正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次元方程R/R（0）=KB2；隨磁場(chǎng)

10、的加強(qiáng)，電阻相對(duì)變化率（R/R(0)）與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系R/R（0）=aB+b；接受最小二乘法線性擬合。1、求出磁場(chǎng)較弱時(shí)，對(duì)應(yīng)的二次系數(shù)K= 106.42、 求出磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的二次系數(shù)a= 1.75553、 對(duì)應(yīng)的一次系數(shù)b= 0.1098七、 思考題：1. 磁阻效應(yīng)是怎樣產(chǎn)生的？磁阻效應(yīng)和霍爾效應(yīng)有何內(nèi)部聯(lián)系？ 答：當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體或半導(dǎo)體的載流子將受洛倫茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)，在霍爾電場(chǎng)和外加磁場(chǎng)的共同作用下，沿外加電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量將削減，電阻增大，即產(chǎn)生了磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)和霍爾效應(yīng)都是由于載流子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力產(chǎn)生的，且磁阻效應(yīng)是在霍爾電場(chǎng)和外加磁場(chǎng)的共同作用下而產(chǎn)生的2. 試驗(yàn)時(shí)為何要保持霍爾工作電流和流過(guò)磁阻元件的電流不變？ 答：遵循單一變量法則，使其它因素不影響到B與R/R(0)的關(guān)系，得到單一變量的關(guān)系曲線3. 不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，磁阻傳感器的電阻值與磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系有何變化？ 答：當(dāng)外加磁場(chǎng)較弱時(shí)，電阻相對(duì)變化