大一物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 答辯 霍爾效應(yīng)與應(yīng)用設(shè)計(jì)PPT

霍爾效應(yīng)與應(yīng)用設(shè)計(jì)當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)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(cè)器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。量子領(lǐng)域的霍爾效應(yīng)

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．通過實(shí)驗(yàn)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(huì)測(cè)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(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)；3．學(xué)會(huì)用“對(duì)稱測(cè)量法”消除副效應(yīng)所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差的實(shí)驗(yàn)方法。4．學(xué)習(xí)利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B及磁場(chǎng)分布。5.探究能否用更少的數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理ISVH一、霍爾效應(yīng)原理根據(jù)霍爾系數(shù)RH可進(jìn)一步確定以下參數(shù)載流子濃度電導(dǎo)率遷移率二、實(shí)驗(yàn)中的副效應(yīng)及其消除方法（1）不等勢(shì)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(jì)—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(qiáng)磁場(chǎng)下，VH＞＞VE，因此VE可略而不計(jì)三、利用霍爾效應(yīng)原理測(cè)量磁場(chǎng)

利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)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(cè)量霍爾電壓VH，即可測(cè)得磁場(chǎng)。其關(guān)系式是四、長(zhǎng)直通電螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，對(duì)于長(zhǎng)度為2L,匝數(shù)為N,半徑為R的螺線管離開中心點(diǎn)x處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)量霍耳電壓與工作電流，記錄數(shù)據(jù)測(cè)繪VH-IS曲線恒定磁場(chǎng)，保持勵(lì)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(jì)算出k1=2.0123VH-IS曲線2.測(cè)量霍耳電壓與勵(lì)磁電流IM，記錄數(shù)據(jù)測(cè)繪VH-IM曲線恒定磁場(chǎng)，保持工作電流IS=3..00mA，調(diào)整勵(lì)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(jì)算出k2=12.0725VH-IM曲線可得到與儀器標(biāo)注178mV/mA·T相差不大計(jì)算KH的不確定度由于實(shí)驗(yàn)沒有對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)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(cè)量誤差，已知儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度為0.5%，取均勻分布rrr0.0005775mV/mA·T3.在零磁場(chǎng)下（即IM=0），測(cè)量VBC（即Vσ）。（IS取0.10，0.20，0.30……1.00mA）通過回歸法可計(jì)算出k3=766.5455計(jì)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(chǎng)分布（IS=3.00mA，IM=0.500A）5.通電螺線管軸向磁場(chǎng)分布（IM為500mA，Is為3.00mA））理論值測(cè)量值實(shí)驗(yàn)遇到的問題及解決的方法①是否需要考慮地磁場(chǎng)？

不需要。地磁場(chǎng)過于微弱（50-60μT），對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響完全可以忽略，但如果周圍有產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的物體，比如變壓器，輸電線等，最好換更場(chǎng)地②實(shí)驗(yàn)使用了直流電，而且會(huì)長(zhǎng)時(shí)間使用裝置，這樣做是否會(huì)影響實(shí)驗(yàn)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(qiáng)磁場(chǎng)下，VH>>VE，因此VE可忽略不計(jì)實(shí)驗(yàn)中本人將一空閑裝置啟動(dòng)后單獨(dú)放置了半個(gè)小時(shí)左右，其讀數(shù)變化不明顯（約0.02mV），為了嚴(yán)謹(jǐn)，使用裝置時(shí)最好每十分鐘關(guān)機(jī)冷卻一分鐘以上③記錄時(shí)需記錄V1、V2、V3、V4并求平均值過于麻煩，能否只用兩個(gè)電壓數(shù)據(jù)的平均值完成實(shí)驗(yàn)？在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電壓數(shù)據(jù)的平均值不但接近四個(gè)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(shí)驗(yàn)操作減少誤差也是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)之一

如果只使用兩個(gè)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(shí)驗(yàn)時(shí)VE很小可以忽略，但是這樣做對(duì)斜率造成的影響是否明顯呢？

借助實(shí)驗(yàn)1的數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算使用四個(gè)數(shù)據(jù)的平均值時(shí)，通過回歸法計(jì)算出k=2.0123

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

斜率相差不大，但仍有差異,出于嚴(yán)謹(jǐn)，不能只使用兩個(gè)電壓數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行計(jì)算

④實(shí)驗(yàn)中還有哪些未考慮到的誤差？會(huì)有什么影響？如何處理這些誤差？

實(shí)驗(yàn)裝置不可能達(dá)到絕對(duì)完美的精準(zhǔn)?；魻栐粫?huì)完美地位于勵(lì)磁線圈幾何中心點(diǎn)上，也不會(huì)剛好處于螺線管的幾何軸線上，與磁場(chǎng)也不會(huì)完全垂直，線圈、