1、梧州学院学生实验报告专业班级： 学号： 姓名： 成绩： 实验课程：大学物理实验 实验名称：霍尔效应测量磁场实验组号： 同组成员：实验地点：普通物理实验室二 实验时间： 指导教师： 实验目的：1学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。 2学习用“对称测量法”消除副效应的影响，研究霍尔片的VH-IS(霍尔电压与工作电流)关系和VH-IM(霍尔电压与励磁电流)关系。3测量直流螺线管内磁场的分布情况。实验仪器：DH4512霍尔效应实验测试仪，DH4512霍尔效应螺线管实验架(包含霍尔片)实验原理：1霍尔效应原理霍尔效应从本质上是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。如图8-1所示，磁
2、场B位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流Is(称为工作电流)，假设载流子为电子(N型半导体材料)。由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。随着电荷积累的增加，反向电场力f E增大，当两力大小相等，方向相反时，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场EH，相应的电势差称为霍尔电势VH。 图8-1 (8-1)设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的工作电流为 (8-2)由式(8-1)、(8-2)可得： (8-3)即霍尔电压VH(A、B间电压)与Is、
3、B的乘积成正比，与霍尔元件的厚度d成反比，比例系数称为霍尔系数。当霍尔元件的材料和厚度确定时，设： (8-4)将式(8-4)代入式(8-3)得： (8-5)式(8-5)中：称为霍尔元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小，其单位是。2直流螺线管的磁场根据毕-萨定律，对于长度为2L，匝数为N，半径为R的螺线管离开中心点x处的磁感强度为 (8-6) 其中 ，为真空磁导率；n= N/2L，为单位长度的匝数。本实验的螺线管的N=1800匝，长度L=181mm，半径R=21mm。对于“无限长”螺线管，LR，有 (8-7)对于“半无限长”螺线管，在端点处有x=L，且LR，
4、有 (8-8)实验内容与步骤：1连接好螺线管实验架与测试仪之间的三组连线及一根控制线。测试仪面板上的“IS输出”、“IM输出”和“VH输入”三对接线柱应分别与螺线管实验架上的三对相应的接线柱“IS输入”、“IM输入”和“VH输出”正确连接(红-红，黑-黑)。双芯插头的控制连接线一端与测试仪背部的插孔相连接，另一端连接螺线管实验架上的控制电源输入(红-红，黑-黑)。2先将IS、IM都调零，打开电源开关，调节中间的霍尔电压表，使其显示为0mV。若经过一段时间后由于温度漂移的影响而使显示不为零，再按上述步骤重新调零。3观察IS、IM换向开关指示灯向下亮时，表明IS、IM均为正值；当转换开关指示灯向上
5、亮时，表明IS、IM为负值。4将霍尔片移至螺线管中心，调节IM=500mA，调节IS=1.0mA。按表8-1中IS、IM正负情况切换“实验架”上的方向，使用“对称测量法”消除副效应的影响，分别测量霍尔电压VH值(V1，V2，V3，V4)填入表8-1中。以后IS每次递增1.0mA，各测量一次V1，V2，V3，V4值并填入表8-1中，利用式(8-5)计算出螺线管中心处磁感强度B，并和由式(8-7)计算出螺线管磁感强度B理相比较。5先将IS、IM调零，调节Is至3.00mA。调节IM=100、200、500mA(间隔为100mA)，分别测量霍尔电压VH值填入表8-2中(同以上步骤)。根据表8-2中所
6、测得的数据，画出VH-IM曲线。 6先将IS、IM调零，调节IS至3.00mA，调节IM=300mA。将霍尔片从螺线管中心位置逐渐向外移动，每移动1cm读一次电压VH值填入表8-3中，直至霍尔片移动到螺线管管口处。利用式(8-5)计算出螺线管内各处相应的磁感强度B，并画出螺线管内磁场分布图(即B-x 曲线)。实验数据记录与处理：表8-1 霍尔电压VH与工作电流IS的关系(IM =500mA) 霍尔片灵敏度 IS (mA)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)(mV)(T)+IS +IM +IS -IM-IS -IM-IS +IM1.002.003.00平均值“无限长”螺线管：表8-2
7、 霍尔电压VH与励磁电流IM 的关系( IS =3.00mA)IM(mA)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)(mV)+IS +IM +IS -IM-IS -IM-IS +IM100200300400500表8-3 螺线管内磁场分布 (IM =300mA，IS =3.00mA) 霍尔片灵敏度 移动距离x (cm)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)(mV)(T)+IS +IM +IS -IM-IS -IM-IS +IM1.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.001.霍尔电压VH与励磁电流IM 曲线： 2.螺线管内磁场分布图： 实验分析与总结：实验注意事项：1仪器的连线要严格按照要求进行，否则易损坏仪器。霍尔片性脆易碎、电极易断，严禁用手触摸。2仪器开机和关机前，应将“IS调节”和“IM调节”旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于0。3为了不使通电线圈过热而受到损害，要求在短时间内通过励磁电流IM，并读取有关数据，其余时间断开励磁电流IM。4移动尺调节到两端停止移动后，不可继续调节，以免因错位而损坏移动尺。3
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