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1、大学物理实验报告霍尔效应大学物理实验报告霍尔效应一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；2、测量霍尔元件的、曲线，了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系；3、学惯用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分布；4、学惯用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。三、仪器用具：YX-04型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上
2、产生正负电荷的聚积，进而构成附加的横向电场。对于图1所示。半导体样品，若在x方向通以电流，在z方向加磁场，则在y方向即样品A、A电极两侧就开场聚积异号电荷而产生相应的电场，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力时电荷不断聚积，电场不断加强，直到样品两侧电荷的积累就到达平衡，即样品A、A间构成了稳定的电势差(霍尔电压)。设为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为，厚度为，载流子浓度为，则有：(1-1)由于，又根据，则(1-2)其中称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出、以及知道和，可按下式计算：(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。根
3、据RH可进一步确定下面参数。(1)由的符号(霍尔电压的正负)判定样品的导电类型。判别的方法是按图1所示的和的方向(即测量中的+，+)，若测得的效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。能够通过对称测量方法，即改变和磁场的方向加以消除和减小副效应的影响。在规定了电流和磁场正、反方向后，能够测量出由下列四组不同方向的和组合的电压。即：，：，：，：，：然后求，的代数平均值得：通过上述测量方法，固然不能消除所有的副效应，但较小，引入的误差不大，能够忽略不计，因而霍尔效应电压可近似为(1-6)3、直螺线管中的磁场分布1、以上分析可知，将通电的霍尔元件放置在磁场中，已知霍尔元件灵敏度，测量出和，就能够计算出
4、所处磁场的磁感应强度。(1-7)2、直螺旋管离中点处的轴向磁感应强度理论公式：(1-8)式中，是磁介质的磁导率，为螺旋管的匝数，为通过螺旋管的电流，为螺旋管的长度，是螺旋管的内径，为离螺旋管中点的距离。X=0时，螺旋管中点的磁感应强度(1-9)五、实验内容：测量霍尔元件的、关系；1、将测试仪的调节和调节旋钮均置零位(即逆时针旋到底)，极性开关选择置0。2、接通电源，电流表显示0.000。有时，调节电位器或调节电位器起点不为零，将出现电流表指示末位数不为零，亦属正常。电压表显示0.0000。3、测定关系。取=900mA，保持不变；霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向14.00cm处与读数零
5、点对齐)。顺时针转动调节旋钮，依次取值为1.00，2.00，10.00mA，将和极性开关选择置+和-改变与的极性，记录相应的电压表读数值，填入数据记录表1。4、以为横坐标，为纵坐标作图，并对曲线作定性讨论。5、测定关系。取=10mA,保持不变；霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向14.00cm处与读数零点对齐)。顺时针转动调节旋钮，依次取值为0，100，200，900mA，将和极性开关择置+和-改变与的极性，记录相应的电压表读数值，填入数据记录表2。6、以为横坐标，为纵坐标作图，并对曲线作定性讨论。测量长直螺旋管轴向磁感应强度1、取=10mA，=900mA。2、移动水平调节螺钉，使霍尔元
6、件在直螺线管中的位置(水平移动游标尺上读出)，先从14.00cm开场，最后到0cm点。改变和极性，记录相应的电压表读数值，填入数据记录表3，计算出直螺旋管轴向对应位置的磁感应强度。3、以为横坐标，为纵坐标作图，并对曲线作定性讨论。4、用公式(1-8)计算长直螺旋管中心的磁感应强度的理论值，并与长直螺旋管中心磁感应强度的测量值比拟，用百分误差的形式表示测量结果。式中,其余参数详见仪器铭牌所示。六、注意事项：1、为了消除副效应的影响，实验中采用对称测量法，即改变和的方向。2、霍尔元件的工作电流引线与霍尔电压引线不能搞错；霍尔元件的工作电流和螺线管的励磁电流要分清，否则会烧坏霍尔元件。3、实验间隙要
7、断开螺线管的励磁电流与霍尔元件的工作电流，即和的极性开关置0位。4、霍耳元件及二维移动尺容易折断、变形，要注意保护，应注意避免挤压、碰撞等，不要用手触摸霍尔元件。七、数据记录：KH=23.09，N=3150匝，L=280mm,r=13mm表1关系(=900mA)(mV)(mV)(mV)(mV)1.000.28-0.270.31-0.300.292.000.59-0.580.63-0.640.613.000.89-0.870.95-0.960.904.001.20-1.161.27-1.291.235.001.49-1.461.59-1.611.546.001.80-1.771.90-1.931
8、.857.002.11-2.072.22-2.252.178.002.41-2.382.65-2.542.479.002.68-2.692.84-2.872.7710.002.99-3.003.17-3.193.09表2关系(=10.00mA)(mV)(mV)(mV)(mV)0-0.100.080.14-0.160.121000.18-0.200.46-0.470.332000.52-0.540.80-0.790.663000.85-0.881.14-1.151.004001.20-1.221.48-1.491.355001.54-1.561.82-1.831.696001.88-1.892.17-2.162.027002.23-2.242.50-2.512.378002.56-2.582.84-2.852.719002.90-2.923.18-3.203.05表3关系=10.00mA，=900mA(mV)(mV)(mV)(mV)B10-3T00.54-0.56-0.73-0.742.880.50.95-0.991.17-1.184.641.01.55-1.581.80-1.757.232.02.332.37-2.88-2.5210.574.02.74-2.792.96-2.9412.306.02.88-2. 9