1、霍兒效應測磁場第1頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四注意事項安全人身安全電儀器安全調節旋鈕等用力不能過猛、速度不能太快特殊儀器應按照使用說明的要求紀律嚴禁抄襲（實驗數據或實驗報告），否則本次實驗成績0分第2頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四一、實驗目的驗證霍爾效應機理。學習霍爾元件測量磁場的方法?！局攸c】霍爾效應機理【難點】霍爾效應機理、磁場分布的描繪第3頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四二、背景介紹霍爾效應是磁效應的一種，由美國物理學家Hall于1879年在研究金屬的導電機理時發現。霍爾效應（Hall effect）是指

2、當固體導體有電流通過，且放置在一個磁場內，導體內的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產生電壓。除導體外，半導體也能產生霍爾效應，而且半導體的霍爾效應要強于導體。第4頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四三、實驗原理要求從三個方面來掌握霍爾效應B的測量霍爾電壓的測量方法第5頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四1、霍爾效應圖片來源：維基百科當電流垂直于外磁場通過導體（或半導體）時，在導體（或半導體）內部的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差，這一效應即為霍爾效應。圖中1. 電子；2. 導體；3. 磁鐵；4. 磁場；5. 電源第6頁，共25頁，2

3、022年，5月20日，14點41分，星期四設導體（或半導體）中電子濃度為n，則電流可表示為每個電子在磁場B的作用下，受力為于是電子在的作用下發生偏轉，在上表面聚集，從而在上、下表面之間出現出現電勢差VH，稱為Hall電壓。這個電壓與B之間的關系可表示為于是式中霍爾元件的靈敏度。（mVmA-1T-1）第7頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四如果半導體是P型，則載流子是空穴，受力方向不變，但上表面積累的是正電荷，此時 其中，p是空穴濃度。VH的方向隨電流的換向而換向，同時，也隨著磁場B的換向而換向。KH越大，VH越容易測量?？傊?頁，共25頁，2022年，5月20日，14點

4、41分，星期四2、B的測量對于Hall元件，只要分別測出工作電流I和Hall電壓VH，由元件的KH即可測出B第9頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四3、VH的測量方法一般Hall元件上有兩對電極。M、N為工作電流端，S、P為Hall電壓端。P、S位于同一等勢面上。實際上，P、S端的電壓值并不只是VH，還包括其他因素的附加電壓：第10頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四實際測量中應考慮這些附加電壓并想辦法消除它們的影響，找出實際的VH根據附加電壓的特征，可采用工作電流I和/或磁場B換向來解出VH的值。設圖中所示I和B的方向為正，則反之為負，于是，于是通

5、常，這里的UE可略去，即第11頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四四、實驗儀器霍爾磁場測試組合實驗儀：TH-H型、HJL型；導線6根。TH-H型HJL型實驗箱配套測試儀第12頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四1、配套測試儀型號Is輸出VH輸入即測量值UiIM輸出請注意看儀器面板上的說明第13頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四2、實驗箱換向開關，用于改變I、B的方向注意兩種儀器的接線位置不一樣標尺，用于調整Hall元件的位置第14頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四五、操作步驟分為兩大項內容霍爾元件輸出特

6、性測量，VH-Is曲線；測繪磁場的磁感應強度分布曲線，B-X曲線。整理儀器、打掃衛生。因為有2種型號的霍爾效應組合實驗儀，儀器操作旋鈕布局、結構和具體操作上有些地方不太一樣，請注意區分。第15頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四A、 霍爾元件輸出特性測量A.1按圖示位置正確無誤接上測試儀和實驗箱之間相對應的IS，VH， 和IM各組接線，并經檢查后開啟測試儀的電源；注意：兩種儀器接線位置不同，且原有布線也不同。原來已經連接好的線不要再動。第16頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四A.23A.2 轉動Hall元件支架的水平部分旋鈕X，緩慢將Hall元件移

7、到2個磁鐵頭之間縫隙中的中心位置；A.3測繪VH-IS曲線：根據不同型號的儀器所對應的電流范圍，表 1。取IM= A，依次調節IS等于表2中 IS的對應值。按原理中3所述換向法測出對應的U1,U2,U3,U4，記入后面表2。儀器型號Is范圍（mA）Im范圍（A）TH-H240.20.8HJL2100.20.8表 1 不同儀器的工作電流范圍第17頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四A.附如果時間允許，請按照類似的方法繼續測量VH-IM曲線取IS = mA，IM 依次取0.2，0.3，0.4，0.8A，按照類似A、3的方法測繪VH-IM 曲線；第18頁，共25頁，2022年，

8、5月20日，14點41分，星期四B、 測繪磁場的磁感應強度分布曲線B.1取IS = mA，IM = A；（參照表1中的范圍）B.2 以標尺的最右端為坐標原點，記下此時的位置x0，調節X1，每隔5mm測一組數據，直到標尺的最左端（大約是刻度50mm）。將對應的U1，U2，U3，U4 記入后面的表3；注意：有的標尺無法調節到最大刻度60或最小刻度0，請不要強力調節，以免損壞。之所以從最右端開始，是因為如果從最左端開始，結束時旋鈕可能位于實驗箱邊緣，如果不注意，合上實驗箱蓋的時候容易損壞。第19頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四C、整理儀器、打掃衛生C.1將雙擲開關斷開，關閉

9、測試儀的電源；C.2將自己連接上去的6根連接導線取下；C.3小心地合上實驗箱的蓋子；C.4關閉桌面電源；C.5用擰干的濕抹布將實驗臺和儀器表面擦一遍；C.6打掃實驗室。第20頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四六、數據記錄與處理霍爾元件輸出特性IM= A，取KH=500mV/（mAT）根據表2，計算VH，并作VH-IS曲線；理論上VH-IS曲線是一條直線，求出其斜率K；IS(mA)TH-H型2.002.252.50 4.00HJL型2.003.004.00 10.00U1(mV) U2(mV) U3(mV) U4(mV) UH(mV) 數據處理方法及作圖要求參考指導書第一

10、章相關內容表 2 VH-Is數據記錄表第21頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四磁感應強度分布取IS= mA；Im= A。計算出表中的UH，B；（注意進行單位換算）作B-X曲線，并解釋曲線的形狀所代表的含義。X(cm)x0 x1x2U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)UH(mV)表 3 磁感應強度分布數據記錄表第22頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四七、 實驗中易出現的問題及解決方法調節Is、Im旋鈕時測試儀上相應讀數沒變化。A、請檢查對應的雙擲開關是否閉合。B、對于TH-H型儀器，還要檢查“測量選擇”是否按照標識正確放置了。測試儀上VH顯示為-1。請檢查VH對應的雙擲開關是否閉合。如果是，則是因為VH太大，超出了儀表的量程。測量磁感應強度分布時，為什么不同位置處的測量值基本不變。該實驗中產生的磁場相當于兩塊磁鐵的N極和S極相對，并離開一定距離時的磁場分布?？紤]到該實驗中磁感應強度分布的實際情況，自行判斷。第23頁，共25頁，2022年，5月20日，14點41分，星期四八、課堂討論題測量磁感應強度分布的時候，如何選取測試位置X更恰當？根據兩磁鐵中間磁感應強度分布規律，在中間位置時，測量間隔可適當取大