大一物理實驗報告 答辯 霍爾效應(yīng)與應(yīng)用設(shè)計PPT

霍爾效應(yīng)與應(yīng)用設(shè)計當電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)的應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用的霍爾器件：ABS系統(tǒng)中的速度傳感器汽車速度表和里程表液體物理量檢測器發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器。量子領(lǐng)域的霍爾效應(yīng)

【實驗?zāi)康摹?．通過實驗掌握霍爾效應(yīng)基本原理，了解霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)；2．學(xué)會測量半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)、電導(dǎo)率、遷移率等參數(shù)的實驗方法和技術(shù)；3．學(xué)會用“對稱測量法”消除副效應(yīng)所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差的實驗方法。4．學(xué)習(xí)利用霍爾效應(yīng)測量磁感應(yīng)強度B及磁場分布。5.探究能否用更少的數(shù)據(jù)完成實驗實驗原理ISVH一、霍爾效應(yīng)原理根據(jù)霍爾系數(shù)RH可進一步確定以下參數(shù)載流子濃度電導(dǎo)率遷移率二、實驗中的副效應(yīng)及其消除方法（1）不等勢電壓降V0（2）愛廷豪森效應(yīng)—熱電效應(yīng)引起的附加電壓VE（3）能斯托效應(yīng)—熱磁效應(yīng)直接引起的附加電壓VN（4）里紀—勒杜克效應(yīng)—熱磁效應(yīng)產(chǎn)生的溫差引起的附加電壓VRL0非大電流，非強磁場下，VH＞＞VE，因此VE可略而不計三、利用霍爾效應(yīng)原理測量磁場

利用霍爾效應(yīng)測量磁場是霍爾效應(yīng)原理的典型應(yīng)用。若已知材料的霍爾系數(shù)RH，通過測量霍爾電壓VH，即可測得磁場。其關(guān)系式是四、長直通電螺線管軸線上磁感應(yīng)強度根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，對于長度為2L,匝數(shù)為N,半徑為R的螺線管離開中心點x處的磁感應(yīng)強度為實驗內(nèi)容1.測量霍耳電壓與工作電流，記錄數(shù)據(jù)測繪VH-IS曲線恒定磁場，保持勵磁電流IM=0.50A，調(diào)整工作電流IS,記錄數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)畫出VH-IS曲線，通過回歸法可計算出k1=2.0123VH-IS曲線2.測量霍耳電壓與勵磁電流IM，記錄數(shù)據(jù)測繪VH-IM曲線恒定磁場，保持工作電流IS=3..00mA，調(diào)整勵磁電流IM,記錄數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)畫出VH-IM曲線，通過回歸法可計算出k2=12.0725VH-IM曲線可得到與儀器標注178mV/mA·T相差不大計算KH的不確定度由于實驗沒有對同一數(shù)據(jù)進行多次測量取平均值，沒有A類不確定度，B類不確定度源于儀器的測量誤差，已知儀器的測量準確度為0.5%，取均勻分布rrr0.0005775mV/mA·T3.在零磁場下（即IM=0），測量VBC（即Vσ）。（IS取0.10，0.20，0.30……1.00mA）通過回歸法可計算出k3=766.5455計算載流子濃度n、電導(dǎo)率、遷移率μ與其不確定度:UN

、Uσ、Uμ主要源于所給霍爾元件尺寸的誤差4.亥姆霍茲線圈單邊水平方向磁場分布（IS=3.00mA，IM=0.500A）5.通電螺線管軸向磁場分布（IM為500mA，Is為3.00mA））理論值測量值實驗遇到的問題及解決的方法①是否需要考慮地磁場？

不需要。地磁場過于微弱（50-60μT），對實驗產(chǎn)生的影響完全可以忽略，但如果周圍有產(chǎn)生強磁場的物體，比如變壓器，輸電線等，最好換更場地②實驗使用了直流電，而且會長時間使用裝置，這樣做是否會影響實驗結(jié)果？

有影響，愛廷豪森效應(yīng)—熱電效應(yīng)引起的附加電壓VE被證明無法消除，但可通過使用交流電減小誤差，即便使用直流電，在非大電流，非強磁場下，VH>>VE，因此VE可忽略不計實驗中本人將一空閑裝置啟動后單獨放置了半個小時左右，其讀數(shù)變化不明顯（約0.02mV），為了嚴謹，使用裝置時最好每十分鐘關(guān)機冷卻一分鐘以上③記錄時需記錄V1、V2、V3、V4并求平均值過于麻煩，能否只用兩個電壓數(shù)據(jù)的平均值完成實驗？在實驗中發(fā)現(xiàn)兩個電壓數(shù)據(jù)的平均值不但接近四個電壓的平均值，而且與電流之間的回歸方程的斜率似乎也很接近我們無法徹底消除誤差，但我們可以減小誤差，只要可以將其減小到我們可以接受的范圍，依舊可以算作排除了誤差影響，而用盡可能少的實驗操作減少誤差也是實驗的重點之一

如果只使用兩個電壓的平均值(|V1|+|V2|)/2=VH+VN+VRL+VE

(|V1|+|V3|)/2=VH+VE(|V2|+|V4|)/2=VH+VE

(|V3|+|V4|)/2=VH-VN-VRL+VE

由②可以知道實驗時VE很小可以忽略，但是這樣做對斜率造成的影響是否明顯呢？

借助實驗1的數(shù)據(jù)，進行計算使用四個數(shù)據(jù)的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0123

只使用V1、V2的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0182只使用V1、V3的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0121只使用V2、V4的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0125只使用V3、V4的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0064

斜率相差不大，但仍有差異,出于嚴謹，不能只使用兩個電壓數(shù)據(jù)的平均值進行計算

④實驗中還有哪些未考慮到的誤差？會有什么影響？如何處理這些誤差？

實驗裝置不可能達到絕對完美的精準?；魻栐粫昝赖匚挥趧畲啪€圈幾何中心點上，也不會剛好處于螺線管的幾何軸線上，與磁場也不會完全垂直，線圈、