牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)河北工業(yè)大學(xué)

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)背景實(shí)驗(yàn)背景誤差消除誤差消除操作操作指南指南基本基本要求要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?霍爾效應(yīng)是一種磁電效應(yīng)，是德國物理學(xué)家霍爾霍爾效應(yīng)是一種磁電效應(yīng)，是德國物理學(xué)家霍爾18791879年研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。年研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算

2、機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 通過該實(shí)驗(yàn)可以了解霍爾效應(yīng)的物理原理以及把物通過該實(shí)驗(yàn)可以了解霍爾效應(yīng)的物理原理以及把物理原理應(yīng)用到測(cè)量技術(shù)中的基本過程。理原理應(yīng)用到測(cè)量技術(shù)中的基本過程。返回目錄頁返回目錄頁返回目錄頁返回目錄頁返回目錄頁返回目錄頁霍爾元件中的附加效應(yīng)霍爾元件中的附加效應(yīng)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)方向通過導(dǎo)體時(shí)，在垂直于當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)方向通過導(dǎo)體時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)磁場(chǎng)B和電流方向和電流方向的導(dǎo)體的兩個(gè)端面之間出現(xiàn)電勢(shì)的導(dǎo)體的兩個(gè)端面之間出現(xiàn)電勢(shì)差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)差

3、稱為霍爾電勢(shì)差（霍爾電壓（霍爾電壓UH）。）。 霍爾效應(yīng)原理霍爾效應(yīng)原理示意圖如右示。示意圖如右示。BIsf Ef LVLldUH+ + + + +_ _ _ _ _ 工作電流返回 霍爾電壓霍爾電壓UH與工作電流與工作電流IS和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B及元及元件的厚度件的厚度d的關(guān)系：的關(guān)系：式中式中RH為霍爾系數(shù)，它與載流子濃度為霍爾系數(shù)，它與載流子濃度n和載流子電和載流子電量量q的關(guān)系：的關(guān)系：若令霍爾靈敏度若令霍爾靈敏度KH=RH/d，則，則dBIRUSHHBIKUSHHnqRH1返回 在霍爾效應(yīng)建立的同時(shí)還會(huì)伴有其它附加效在霍爾效應(yīng)建立的同時(shí)還會(huì)伴有其它附加效應(yīng)的產(chǎn)生，在霍爾元件上測(cè)得

4、的電壓是各種附加應(yīng)的產(chǎn)生，在霍爾元件上測(cè)得的電壓是各種附加電壓疊加的結(jié)果。電壓疊加的結(jié)果。 附加電壓：不等位電勢(shì)附加電壓：不等位電勢(shì)U0、愛廷豪森效應(yīng)、愛廷豪森效應(yīng)UE、能斯脫效應(yīng)能斯脫效應(yīng)UN和里紀(jì)和里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)勒杜克效應(yīng)US，它們相應(yīng)的它們相應(yīng)的電壓的正負(fù)與工作電流電壓的正負(fù)與工作電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向有的方向有關(guān)。關(guān)。(詳細(xì)內(nèi)容參見教材詳細(xì)內(nèi)容參見教材P185-186) 為了減小附加效應(yīng)對(duì)測(cè)量霍耳電壓為了減小附加效應(yīng)對(duì)測(cè)量霍耳電壓UH的的影響，我們采用異號(hào)法，即將影響，我們采用異號(hào)法，即將 和和B正反兩個(gè)正反兩個(gè)方向組合出四種情況，的方向決定于勵(lì)磁方向組合出四種情況，

5、的方向決定于勵(lì)磁電流電流IM的方向：的方向：BIKUSHH返回返回目錄目錄頁頁當(dāng)當(dāng)I，I時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)I，I時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng)I，I時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)I，I時(shí)時(shí)，霍爾電壓的測(cè)量結(jié)果為：霍爾電壓的測(cè)量結(jié)果為：即：SNEHUUUUUU01SNEHUUUUUU02SNEHUUUUUU03SNEHUUUUUU04EHUUUUUU)(41432144321UUUUUUUEHH返回目錄頁返回目錄頁 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)方法與操作實(shí)驗(yàn)方法與操作返回工作電路工作電路工作電流保持工作電流保持5mA勵(lì)磁電路勵(lì)磁電路測(cè)量霍爾電壓測(cè)量霍爾電壓中心自行設(shè)計(jì)的中心自行設(shè)計(jì)的霍爾元件組件霍爾元件組件下頁1. 按提示連接電路，打開儀器

6、電源，按提示連接電路，打開儀器電源，2. 驗(yàn)證驗(yàn)證UH與與B間的正比關(guān)系。間的正比關(guān)系。 工作電流工作電流IS調(diào)至調(diào)至5.00mA,調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流IM由由200至至1600mA，數(shù)據(jù)間隔，數(shù)據(jù)間隔200mA，改變勵(lì)磁電流和工，改變勵(lì)磁電流和工作電流的方向，記錄作電流的方向，記錄U與與IM填入數(shù)據(jù)草表。填入數(shù)據(jù)草表。 返回目錄頁返回目錄頁 思考與作業(yè)思考與作業(yè) 數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄返回1.請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)自畫草表記錄數(shù)據(jù)2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試完整后由實(shí)驗(yàn)老師檢查簽字后方可離開實(shí)驗(yàn)室1.若磁場(chǎng)不恰好與霍爾元件片底法線一若磁場(chǎng)不恰好與霍爾元件片底法線一致，對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響，如果用實(shí)致，對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響，如果用實(shí)驗(yàn)方法判斷驗(yàn)方法判斷B與元件發(fā)現(xiàn)是否一致？與元件發(fā)現(xiàn)是否一致？2.能否用霍爾元件片測(cè)量交變磁場(chǎng)？能否用霍爾元件片測(cè)量交變磁場(chǎng)？3.實(shí)驗(yàn)中對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量有