霍爾效應(yīng)課堂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

霍爾效應(yīng)課堂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放一金屬薄板，使板面與磁場(chǎng)方向垂直，在金屬薄板中沿著與磁場(chǎng)垂直的方向通電流時(shí)，金屬薄板的兩側(cè)面間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差。這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855-1938）于1879年發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多。半導(dǎo)體霍爾元件在磁測(cè)量中應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在通用的特斯拉計(jì)，其探頭就是霍爾元件。流體中的霍爾效應(yīng)是目前正在研究中的“磁流體發(fā)電”的理論基礎(chǔ)?；魻栃?yīng)還可以用來(lái)測(cè)量非電量，可作為壓力、位移、和流量測(cè)量等的傳感器，在自動(dòng)控制等技術(shù)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。1、 課堂討論：題1何謂霍爾效應(yīng)？產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的物理過(guò)程是怎樣的？2、 實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和用具霍爾效應(yīng)測(cè)試儀（TH--H型）;霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀（TH--H型）；螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀（TH--S型）；配套專用線六根。儀器簡(jiǎn)介霍爾效應(yīng)測(cè)試儀（TH--H型）面板如圖1，霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀（TH--H型）面板如圖2。（螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀（TH--S型）面板圖略）測(cè)試儀說(shuō)明和使用注意事項(xiàng)：（1） 圖1中測(cè)試儀的“IS輸出”是霍爾器件工作電流源，“IM輸出”是電磁鐵勵(lì)磁電流源。測(cè)試儀面板上的“太輸出”、“IM輸出”和“vh、VO輸入三對(duì)接線柱應(yīng)分別與實(shí)驗(yàn)儀上的三對(duì)相應(yīng)的接線柱正確連接，嚴(yán)禁將測(cè)試儀IM輸出錯(cuò)誤接到實(shí)驗(yàn)儀的IS輸入或VH、VO輸出處，否則一旦通電，霍爾器件即遭損壞。（2） 測(cè)試儀開(kāi)機(jī)前應(yīng)將IS、IM調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蛐降祝蛊漭敵鲭娏髭呌谧钚顟B(tài)后，方可開(kāi)機(jī)。測(cè)試儀接通電源后，預(yù)熱數(shù)分鐘即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。順時(shí)針調(diào)節(jié)IS、IM調(diào)節(jié)旋鈕即可增加輸出電流。（3）關(guān)機(jī)前應(yīng)再次將IS、IM調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蛐降?，使其輸出電流趨?后，方可切斷電源?；魻栃?yīng)實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明和使用注意事項(xiàng)：（1）圖2中的霍爾片樣品為N型半導(dǎo)體硅單晶片，厚度b=0.5mm，寬度a=4.0mm；

電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度B由磁鐵上參數(shù)和輸入電流算出，例如B=ImX()KGS/A=()T注：1T=104GS(2)霍爾片性脆易碎，電極甚細(xì)易斷，實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)探頭軸向位置時(shí)，要緩慢、細(xì)心轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)旋鈕，嚴(yán)禁觸摸探頭。螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明和使用注意事項(xiàng)：(1)測(cè)試儀面板上的“太輸出”、“im輸出”和“VH、VO輸入三對(duì)接線柱應(yīng)分別與螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀上的三對(duì)相應(yīng)的接線柱正確連接。螺線管長(zhǎng)度L=28cm，實(shí)驗(yàn)儀上給出了該霍爾器件在150C時(shí)的KH值。螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀Y旋鈕無(wú)須調(diào)節(jié)，出廠前已由廠家調(diào)好。調(diào)節(jié)X旋鈕霍爾探頭在螺線管的位置如下表位置右端中心左端測(cè)距尺讀數(shù)(cm)X101414X200143、實(shí)驗(yàn)原理概要教材P189--P1933.1主要公式：(18-7)(1)霍爾系數(shù)(18-7)(其中Is為通過(guò)霍爾片的電流，b霍爾片厚度。)(2)霍爾片載流子濃度IB(2)霍爾片載流子濃度IB(18-8)(其中q為載流子電量，(其中q為載流子電量，UHbqq=±1.6x10-19C，電子電量取負(fù)，空穴電量取正)(3)霍爾靈敏度1(3)霍爾靈敏度1nqb(18-10)3.2 教材p192四個(gè)結(jié)論。3.3用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=馬 (18-12)KI(以上各量均采用國(guó)際單位)3.4測(cè)量霍爾電勢(shì)差中的副效應(yīng)(系統(tǒng)誤差)及其消除方法教材p199-200、1944、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作要點(diǎn)教材p1941、2、3內(nèi)容1、2：測(cè)出Uh-Is關(guān)系，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，確定樣品類型，測(cè)定霍爾系數(shù)Rh、載流子濃度n、霍爾靈敏度Kh。實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)：

（1） 分析霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀電路結(jié)構(gòu)，明確霍爾效應(yīng)測(cè)試儀的功能和使用注

意事項(xiàng)，正確連接測(cè)試儀和實(shí)驗(yàn)儀，請(qǐng)教師檢查后方可通電。（2） 測(cè)出UH-IS關(guān)系，記錄表1。內(nèi)容3：測(cè)繪螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布，即繪制b-X曲線。實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)：（1）分析螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀電路結(jié)構(gòu)，明確霍爾效應(yīng)測(cè)試儀的功能和使用注意事項(xiàng)，正確連接測(cè)試儀和實(shí)驗(yàn)儀，請(qǐng)教師檢查后方可通電。（2）測(cè)繪B-X曲線，記錄表2。5、數(shù)據(jù)記錄表1uh-is關(guān)系IS=8.00mAIS=8.00mA，Im=0.8A，Kh=V/AT，uHX=14-X-XX1/mX10-2X2/mX10-2X/mX10-2vi/vV2/VV3/VV4/VuH/vB/T+I。，+B+Is，-B-Is，-B-Is，+B000.501.001.502.005.008.0011.0014.0014.03.014.06.014.09.014.012.014.012.514.013.014.013.514.014.06、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（1）根據(jù)U=RhbI，令y=%x=七，斜率k令y=%x=七，斜率要求：依據(jù)表1數(shù)據(jù)，用作圖法或最小二乘法分別