人教版高中物理1課題研究霍爾效應(yīng) 全省一等獎(jiǎng)

霍爾效應(yīng)法測(cè)螺線管線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握用霍爾效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng)的原理，測(cè)量螺線管的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布2學(xué)會(huì)FB400型螺線管測(cè)定儀的使用方法3驗(yàn)證霍爾電勢(shì)差與勵(lì)磁電流（磁感應(yīng)強(qiáng)度）及霍爾元件的工作電流成正比的關(guān)系式實(shí)驗(yàn)原理1．霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場(chǎng)，即霍爾電場(chǎng)。（a）（b）圖1霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理示意圖（a）載流子為電子（N型）；（b）載流子為空穴（P型）

霍爾電場(chǎng)是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力與洛侖茲力相等，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，故有（1）

設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則（2）由（1）、（2）兩式可得：（3）比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)。只要測(cè)出（伏）以及知道（安）、（高斯）和（厘米）可按下式計(jì)算（厘米3／庫(kù)侖）：（4）

根據(jù)可進(jìn)一步確定以下參數(shù)：

（1）由的符號(hào)（或霍爾電壓的正負(fù)）判斷樣品的導(dǎo)電類型。判別的方法是按圖1所示的和的方向，若測(cè)得的即點(diǎn)電位高于點(diǎn)的電位，則為負(fù)，樣品屬N型；反之則為P型。2霍爾元件的副效應(yīng)及消除副效應(yīng)的方法在霍爾效應(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)得的電壓是各種附加電壓疊加的結(jié)果。附加電壓：不等位電勢(shì)U0、愛廷豪森效應(yīng)UE、能斯脫效應(yīng)UN和里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)Url，它們相應(yīng)的電壓的正負(fù)與工作電流IＳ和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向有關(guān)。(詳細(xì)內(nèi)容見教材P261-262)采用電壓補(bǔ)償法消除霍爾元件的剩余電壓由可知，只要已知KH，用儀器測(cè)出IS和UH，則可求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。為了減小附加效應(yīng)對(duì)測(cè)量霍耳電壓UH的影響，我們將IS和B正反兩個(gè)方向組合出四種情況，Ｂ的方向決定于勵(lì)磁電流IM的方向：采用電壓補(bǔ)償法消除霍爾元件的剩余電壓當(dāng)＋I(xiàn)Ｍ，＋I(xiàn)Ｓ時(shí)，當(dāng)＋I(xiàn)Ｍ，－IＳ時(shí)，

當(dāng)－IＭ，－IＳ時(shí)，當(dāng)－IＭ，＋I(xiàn)Ｓ時(shí)，，霍爾電壓的測(cè)量結(jié)果為：即：實(shí)驗(yàn)儀器FB400型螺線管測(cè)定儀螺線管實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用專用連接線把FB400型螺線管磁場(chǎng)測(cè)定儀和螺線管實(shí)驗(yàn)裝置接好，接通交流市電：1。把測(cè)量探頭置于螺線管軸線中心，即13.0cm刻度處，調(diào)節(jié)恒流源2，使，按下，依次調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為，每次改變，測(cè)量霍爾電壓，并證明霍爾電勢(shì)差與螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為500mA，調(diào)節(jié)霍爾電流為5.00mA,測(cè)量螺線管軸線上刻度為，且移動(dòng)步長(zhǎng)為1cm各位置的霍爾電勢(shì)。1驗(yàn)證霍爾電勢(shì)差與螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比?；魻柟ぷ麟娏?100200。。9001000記錄數(shù)據(jù)于表格中，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作UH-IM關(guān)系曲線。求出線性關(guān)系方程式，并求出相關(guān)系數(shù)。2通電螺線管軸向磁場(chǎng)分布測(cè)量霍爾電流，螺線管通電勵(lì)磁電流

(1)按下表記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（2）以位置坐標(biāo)X為橫坐標(biāo)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為縱坐標(biāo)在方格紙上畫出B-X的圖線其中：

x(cm)0.01.02.03.0。。14.015.016.03通電螺線管軸線中央磁感應(yīng)強(qiáng)度的理論值其中：螺線管匝數(shù)N=2550T，長(zhǎng)度L=0.26m,平均直徑D=0.035m,,勵(lì)磁電流