第一篇：大學物理實驗報告霍爾效應

大學物理實驗報告霍爾效應

一、實驗名稱：霍爾效應原理及其應用

二、實驗目的：

1、了解霍爾效應產生原理；

2、測量霍爾元件的、曲線，了解霍爾電壓與霍爾元件工作電流、直螺線管的勵磁電流間的關系；

3、學習用 霍爾元件測量磁感應強度的原理和方法，測量長直螺旋管軸向磁感應強度及分 布；

4、學習用對稱交換測量法(異號法)消除負效應產生的系統(tǒng)誤差。

三、儀器用具：YX-04 型霍爾效應實驗儀(儀器資產編號)

四、實驗原理：

1、霍爾效應現(xiàn)象及物理解釋霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛 侖茲力作用而引起的偏轉。當帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中，這 種偏轉就導致在垂直于電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積，從而形成附 加的橫向電場。對于圖1 所示。半導體樣品，若在x 方向通以電流，在z 方向 加磁場，則在y 方向即樣品A、A′電極兩側就開始聚積異號電荷而產生相應的 電場，電場的指向取決于樣品的導電類型。顯然，當載流子所受的橫向電場力 時電荷不斷聚積，電場不斷加強，直到樣品兩側電荷的積累就達到平衡，即樣 品

A、A′間形成了穩(wěn)定的電勢差(霍爾電壓)。設為霍爾電場，是載流子在電流 方向上的平均漂移速度；樣品的寬度為，厚度為，載流子濃度為，則有：(1-1)

因為，又根據(jù)，則(1-2)其中稱為霍爾系數(shù)，是反映材料霍爾效應強弱的重要 參數(shù)。只要測出、以及知道和，可按下式計算：(1-3)(1-4)為霍爾元件靈敏度。

根據(jù)RH 可進一步確定以下參數(shù)。(1)由的符號(霍爾電壓的正負)判斷樣品的導 電類型。判別的方法是按圖1 所示的和的方向(即測量中的+，+)，若測得的 <0(即A′的電位低于A 的電位)，則樣品屬N 型，反之為P 型。(2)由求載流子 濃度，即。應該指出，這個關系式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得 到的。嚴格一點，考慮載流子的速度統(tǒng)計分布，需引入的修正因子(可參閱黃昆、謝希德著《半導體物理學》)。(3)結合電導率的測量，求載流子的遷移率。電 導率與載流子濃度以及遷移率之間有如下關系：(1-5)

2、霍爾效應中的副效應 及其消除方法上述推導是從理想情況出發(fā)的，實際情況要復雜得多。產生上述 霍爾效應的同時還伴隨產生四種副效應，使的測量產生系統(tǒng)誤差，如圖 2 所示。

(1)厄廷好森效應引起的電勢差。由于電子實際上并非以同一速度v 沿y 軸負向 運動，速度大的電子回轉半徑大，能較快地到達接點3 的側面，從而導致3 側 面較4 側面集中較多能量高的電子，結果3、4 側面出現(xiàn)溫差，產生溫差電動勢。

可以證明。的正負與和的方向有關。(2)能斯特效應引起的電勢差。焊點1、2 間接觸電阻可能不同，通電發(fā)熱程度不同，故1、2 兩點間溫度可能不同，于是 引起熱擴散電流。與霍爾效應類似，該熱擴散電流也會在 3、4 點間形成電勢差。

若只考慮接觸電阻的差異，則的方向僅與磁場的方向有關。(3)里紀-勒杜克效 應產生的電勢差。上述熱擴散電流的載流子由于速度不同，根據(jù)厄廷好森效應 同樣的理由，又會在3、4 點間形成溫差電動勢。的正負僅與的方向有關，而與 的方向無關。(4)不等電勢效應引起的電勢差。由于制造上的困難及材料的不均 勻性，3、4 兩點實際上不可能在同一等勢面上，只要有電流沿x 方向流過，即 使沒有磁場，3、4 兩點間也會出現(xiàn)電勢差。的正負只與電流的方向有關，而與 的方向無關。綜上所述，在確定的磁場和電流下，實際測出的電壓是霍爾

效應 電壓與副效應產生的附加電壓的代數(shù)和?？梢酝ㄟ^對稱測量方法，即改變和磁 場的方向加以消除和減小副效應的影響。在規(guī)定了電流和磁場正、反方向后，可以測量出由下列四組不同方向的和組合的電壓。即：，：，：，：，：然后 求，，的代數(shù)平均值得：

通過上述測量方法，雖然不能消除所有的副效應，但較小，引入的誤差不 大，可以忽略不計，因此霍爾效應電壓可近似為(1-6)

3、直螺線管中的磁場分 布

1、以上分析可知，將通電的霍爾元件放置在磁場中，已知霍爾元件靈敏度，測量出和，就可以計算出所處磁場的磁感應強度。(1-7)

2、直螺旋管離中點處 的軸向磁感應強度理論公式：(1-8)式中，是磁介質的磁導率，為螺旋管的匝數(shù)，為通過螺旋管的電流，為螺旋管的長度，是螺旋管的內徑，為離螺旋管中點的 距離。X=0 時，螺旋管中點的磁感應強度(1-9)

五、實驗內容：測量霍爾元件的、關系；

1、將測試儀的“調節(jié)”和“調節(jié)”旋 鈕均置零位(即逆時針旋到底)，極性開關選擇置“0”。

2、接通電源，電流表顯 示“0.000”。有時，調節(jié)電位器或調節(jié)電位器起點不為零，將出現(xiàn)電流表指示末 位數(shù)不為零，亦屬正常。電壓表顯示“0.0000”。

3、測定關系。取=900mA，保持 不變；霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向14.00cm 處與讀數(shù)零點對 齊)。順時針轉動“調節(jié)”旋鈕，依次取值為1.00，2.00，…，10.00mA，將和極 性開關選擇置“+”和“-”改變與的極性，記錄相應的電壓表讀數(shù)值，填入數(shù)據(jù)記 錄表 1。

4、以為橫坐標，為縱坐標作圖，并對曲線作定性討論。

5、測定關系。

取=10 mA,保持不變；霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向14.00cm 處與讀數(shù)零點對齊)。順時針轉動“調節(jié)”旋鈕，依次取值為0，100，200，…，900 mA，將和極性開關擇置“+”和“-”改變與的極性，記錄相應的電壓表讀數(shù)值，填入數(shù)據(jù)記錄表2。

6、以為橫坐標，為縱坐標作圖，并對曲線作定性討論。測 量長直螺旋管軸向磁感應強度

1、取=10 mA，=900mA。

2、移動水平調節(jié)螺釘，使霍爾元件在直螺線管中的位置(水平移動游標尺上讀出)，先從 14.00cm 開始，最后到0cm 點。改變和極性，記錄相應的電壓表讀數(shù)值，填入數(shù)據(jù)記錄表3，計算出直螺旋管軸向對應位置的磁感應強度。

3、以為橫坐標，為縱坐標作圖，并對曲線作定性討論。

4、用公式(1-8)計算長直螺旋管中心的磁感應強度的理 論值，并與長直螺旋管中心磁感應強度的測量值比較，用百分誤差的形式表示 測量結果。式中,其余參數(shù)詳見儀器銘牌所示。

六、注意事項：

1、為了消除副 效應的影響，實驗中采用對稱測量法，即改變和的方向。

2、霍爾元件的工作電 流引線與霍爾電壓引線不能搞錯；霍爾元件的工作電流和螺線管的勵磁電流要 分清，否則會燒壞霍爾元件。

3、實驗間隙要斷開螺線管的勵磁電流與霍爾元件 的工作電流，即和的極性開關置0 位。

4、霍耳元件及二維移動尺容易折斷、變 形，要注意保護，應注意避免擠壓、碰撞等，不要用手觸摸霍爾元件。

七、數(shù) 據(jù)記錄：KH=23.09，N=3150 匝，L=280mm,r=13mm 表1 關系(=900mA)(mV)(mV)(mV)(mV)

1.00 0.28-0.27 0.31-0.30 0.29 2.00 0.59-0.58 0.63-0.64 0.613.00 0.89-0.87 0.95-0.96 0.904.00 1.20-1.16 1.27-1.29 1.235.00 1.49-1.46

1.59-1.61 1.546.00 1.80-1.77 1.90-1.93 1.857.00 2.11-2.07 2.22-2.25

2.178.00 2.41-2.38 2.65-2.54 2.479.00 2.68-2.69 2.84-2.87 2.7710.00

2.99-3.00 3.17-3.19 3.09 表2 關系(=10.00mA)

(mV)(mV)(mV)(mV)

0-0.10 0.08 0.14-0.16 0.12 100 0.18-0.20 0.46-0.47 0.33200 0.52-0.54

0.80-0.79 0.66300 0.85-0.88 1.14-1.15 1.00400 1.20-1.22 1.48-1.49

1.35500 1.54-1.56 1.82-1.83 1.69600 1.88-1.89 2.17-2.16 2.02700

2.23-2.24 2.50-2.51 2.37800 2.56-2.58 2.84-2.85 2.71900 2.90-2.92

3.18-3.20 3.05 表3 關系=10.00mA，=900mA(mV)(mV)(mV)(mV)B×10-3T 00.54-0.56-0.73-0.74 2.88 0.5 0.95-0.99 1.17-1.18 4.641.0 1.55-1.58

1.80-1.75 7.232.0 2.33 2.37-2.88-2.52 10.574.0 2.74-2.79 2.96-2.94 12.306.0 2.88-2.9

第二篇：實驗報告,霍爾效應

實驗報告——霍爾效應

勾天杭

PB05２10273

4+ 數(shù)據(jù)處理: 1、保持 Im＝0．45Ａ不變,作Ｖh-Ｉs 曲線注意有效位數(shù)得選取 1 3、5 1。５ 5.2３2５ ２ 6、9７25 2。5 8.715 3 1０、4５5 ３。5 １2。1８7５ 4 13.92 4.５ 1５、6575

Lｉnear Regｒeｓsioｎ for Data1_Ｆ:

處理數(shù)據(jù)要有誤差分析 Y = A ＋ Ｂ ＊ X Parａmeter rorrE eulａV?－-————-——－——－－—－-—－-－——-—--—-—－－--——－--—－--—－-－——--—--—-——-— A 8６3０0。0 935２0、0

?B 42１00、０ 447４、３

?—－－—-－——---—－—-—－—-－---－—-———-—－-－-－——---——-———--—－－—-—-—--— R

DＳ? N

Ｐ?--——-－—－-－-—-—---—－——--—－--—－－-——－——----——－-－—－－－-—－-—-—-—-— 1 １0０0。0＜?8?1０４00.0?-———--—----－ ——-— － — －-—--－ － － －-－-－ ——-— － —— －—————————--—－—－-—－—－— 2、保持 Is=4。５mA 不變,作 Vh—Ｉm 曲線有效數(shù)字得保留 Im Ｖh 0。１ 3.3７７5

0。１5 5.05 0、2 6。7825 ０。25 8。５3７5 0.3 1０.3 0.35 12、14５ 0。４ 13、9075 0。45 １５、６5２5

Lｉneaｒ Regresｓｉon foｒ Ｄａｔａ３_F: Y = A + Ｂ * X Paｒametｅr eulaＶ? Errｏr--——-— －-—— －--—-—— － － － － －----—--－ —--－-—— －-—---—--————---—-—---－ A

—0。２2５5１ 3４６4０、0?B

３5、２5２98 ０。15586 －-——-－ ———---—— －-———---——-－ － —-－ － —-— － －---—--———— －——-———－－——－--R

Ｎ?DS?

Ｐ?-－--－-—－—－－-—--—----—－—--－——－—－-－－－---—-－－——-－—－－-———-－—－---0。9９9９4 1000、0＜?８?１5050、0?—－——-—－-－—--——-－—--——--－-－-——-－—----－－———----－—－———－-－---—-－ 3、在零電場下取 Iｓ＝0。1mA,測得 Vσ=9、21ｍV;—9、2０mV

４、確定樣品得導電類型:

假設樣品中得載流子為空穴,則載流子得速度方向與電流一致。可以判定,此時正電荷受力向上,即上邊積累正電荷,下邊無電荷、如果實驗測得Ｕ 粉白 >0,說明假設就是正確得。反之,載流子為電子、實驗結果為 U 粉白 〈0。∴載流子為電子。

下面計算 R Ｈ ,ｎ,σ,μ。

線圈參數(shù)=4400GS／Ａ;d=0．20mｍ;b=3.0mm;L=５。0ｍm 取步驟一中得數(shù)據(jù),Im=0。45A;由線性擬合所得直線得斜率為 3、4７４4(Ω)。結合;B=Im＊線圈參數(shù)=19８0GS=0、198T;有Ω。

若取 d 得單位為ｃm;磁場單位 GS;電位差單位Ｖ;電流單位Ａ;電量單位 C;代入數(shù)值,得Ｒ Ｈ

=3５09。5cm 3 ／C。n=１/R H ｅ＝1.78*1０ 15 cm— 3。

＝0。０9053(Ｓ/m);

=3。１７7１5(cm2 /Vs)。

思考題: 1、若磁場不恰好與霍爾元件片底法線一致,對測量結果有何影響,如果用實驗方法判斷 B 與元件發(fā)現(xiàn)就是否一致？ 如左圖,若磁場方向與法線不一致,載流子不但在上下方向受力,前后也受力(為洛侖茲力得兩個分量);而我們把洛侖茲力上下方向得分量當作合得洛侖茲力來算,導致測得得 Vh 比真實值小。從而,ＲＨ偏小,n 偏大;σ偏大;μ不受影響。可測量前后兩個面得電勢差。若不為零,則磁場方向與法線不一致。

2、能否用霍爾元件片測量交變磁場？電荷交替在上下面積累,不會形成固定得電勢差,所以不可能測量交變得磁場 我認為可以用霍爾元件側交變磁場。由于霍爾效應建立所需時間很短(1０－12～10-1４s),因此霍爾元件使用交流電或者直流電都可、交流電時,得到得霍爾電壓也就是交變得、根據(jù)本試驗中得方法,可求得磁感應強度得有效值;磁場得頻率應與磁化電流得頻率一致。

第三篇：《霍爾效應》教案

《霍爾效應》教案

一、教學目標

【知識與技能】

知道霍爾效應的原理，了解霍爾效應在生活中的應用。

【過程與方法】

通過觀察實物，思考交流，分析霍爾效應的原理，了解物理學科在生活中的應用。

【情感態(tài)度與價值觀】

增加對物理學科的學習興趣，體會物理學在生活中無處不在的特點，養(yǎng)成科學思考的學習習慣和態(tài)度。

二、教學重難點

【重點】

霍爾效應的產生過程。

【難點】

霍爾效應的應用。

三、教學方法

觀察法、討論法、問答法、多媒體展示等。

四、教學過程

環(huán)節(jié)一：新課導入

展示霍爾元件的實物，并介紹他的作用：能夠精確測量出磁場的變化，在很多領域中都發(fā)揮著很大的作用，例如電機中測定轉子轉速，錄像機的磁鼓，電腦中的散熱風扇等。

教師提問：這個元件是怎樣工作的呢?今天我們就一起來做個課題研究——霍爾效應。

環(huán)節(jié)二：新課探究

展示多媒體：動畫模擬產生霍爾效應的過程，請學生找到條件并進行總結。

回答：有一個矩形導體，并且有電流，加載與電流方向垂直的磁場，發(fā)現(xiàn)矩形導體上會出現(xiàn)電勢差。

補充回答：電勢差的方向是上下的，說明與電流和磁場構成的面垂直。

點評總結，歸納出霍爾效應的原理。

教師展示一些霍爾元件的例子說明探測磁場大小的作用。

問題：為什么霍爾元件能探測磁感應強度大小呢?

回答：應該是產生的電勢差發(fā)生變化，也就是說霍爾效應中，磁感應強度變化，能導致電勢差的變化。

問題：很對，電勢差大小還與什么有關呢?結合教材互相交流一下。

回答：還應該與電流大小、矩形導體厚度有關系。

環(huán)節(jié)三：應用提升

向學生介紹霍爾傳感器的原理和作用：霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器兩種。

開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。開關型霍爾傳感器還有一種特殊的形式，稱為鎖鍵型霍爾傳感器。

線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。

線性霍爾傳感器又可分為開環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱零磁通霍爾傳感器。線性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測量。

第四篇：大學物理實驗報告范本

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大學物理實驗報告范本

Yls

大學物理實驗報告范本

Yls

大學物理實驗報告范本

第五篇：大學物理實驗報告

摘要：熱敏電阻是阻值對溫度變化非常敏感的一種半導體電阻，具有許多獨特的優(yōu)點和用途，在自動控制、無線電子技術、遙控技術及測溫技術等方面有著廣泛的應用。本實驗通過用電橋法來研究熱敏電阻的電阻溫度特性，加深對熱敏電阻的電阻溫度特性的了解。關鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻溫度特性

1、引言

熱敏電阻是根據(jù)半導體材料的電導率與溫度有很強的依賴關系而制成的一種器件，其電阻溫度系數(shù)一般為（-0.003~+0.6）℃-1。因此，熱敏電阻一般可以分為: ⅰ、負電阻溫度系數(shù)（簡稱ntc）的熱敏電阻元件 常由一些過渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的燒結條件下形成的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導體等材料制成。國產的主要是指mf91~mf96型半導體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室溫范圍內基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無關，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應用于測溫控溫技術，還可以制成流量計、功率計等。ⅱ、正電阻溫度系數(shù)（簡稱ptc）的熱敏電阻元件 常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫燒制而成。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對可以忽略。載流子數(shù)目隨溫度的升高呈指數(shù)增加，載流子數(shù)目越多，電阻率越小。應用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作溫度補償外，還制成各類加熱器，如電吹風等。

2、實驗裝置及原理

【實驗裝置】 【實驗原理】 根據(jù)半導體理論，一般半導體材料的電阻率 和絕對溫度 之間的關系為（1—1）式中a與b對于同一種半導體材料為常量，其數(shù)值與材料的物理性質有關。因而熱敏電阻的電阻值 可以根據(jù)電阻定律寫為 式中 為兩電極間距離，為熱敏電阻的橫截面。對某一特定電阻而言，與b均為常數(shù)，用實驗方法可以測定。為了便于數(shù)據(jù)處理，將上式兩邊取對數(shù)，則有（1—3）上式表明 與 呈線性關系，在實驗中只要測得各個溫度 以及對應的電阻 的值，以 為橫坐標，為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數(shù) a、b的值。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù) 下式給出（1—4）從上述方法求得的b值和室溫代入式（1—4），就可以算出室溫時的電阻溫度系數(shù)。熱敏電阻 在不同溫度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，b、d之間為一負載電阻，只要測出，就可以得到 值。

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當負載電阻 →，即電橋輸出處于開 路狀態(tài)時，=0，僅有電壓輸出，用 表示，當 時，電橋輸出 =0，即電橋處于平衡狀態(tài)。為了測量的準確性，在測量之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關。（1—5）在測量mf51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋，且，則（1—6）式中r和 均為預調平衡后的電阻值，測得電壓輸出后，通過式（1—6）運算可得△r，從而求的 =r4+△r。

3、熱敏電阻的電阻溫度特性研究

根據(jù)橋式，預調平衡，將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置，按下g、b開關，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將測量數(shù)據(jù)列表（表二）。

溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65 電阻ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

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表二 非平衡電橋電壓輸出形式（立式）測量mf51型熱敏電阻的數(shù)據(jù) 溫度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4 0.0-12.5-27.0-42.5-58.4-74.8-91.6-107.8-126.4-144.4 4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1

4、實驗結果誤差

通過實驗所得的mf51型半導體熱敏電阻的電阻—溫度特性的數(shù)學表達式為。根據(jù)所得表達式計算出熱敏電阻的電阻～溫度特性的測量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示： 表三 實驗結果比較 溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65 參考值rt ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748 相對誤差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00

從上述結果來看，基本在實驗誤差范圍之內。但我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，電阻值變小，但是相對誤差卻在變大，這主要是由內熱效應而引起的。

5、內熱效應的影響

在實驗過程中，由于利用非平衡電橋測量熱敏電阻時總有一定的工作電流通過，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產生穩(wěn)定的高于外界溫度的附加內熱溫升，這就是所謂的內熱效應。在準確測量熱敏電阻的溫度特性時，必須考慮內熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和探討。

6、實驗小結

通過實驗，我們很明顯的可以發(fā)現(xiàn)熱敏電阻的阻值對溫度的變化是非常敏感的，而且隨著溫度上升，其電阻值呈指數(shù)關系下降。因而可以利用電阻—溫度特性制成各類傳感器，可使微小的溫度變化轉變?yōu)殡娮璧淖兓纬纱蟮男盘栞敵觯貏e適于高精度測量。又由于元件的體積小，形狀和封裝材料選擇性廣，特別適于高溫、高濕、振動及熱沖擊等環(huán)境下作溫濕度傳感器，可應用與各種生產作業(yè)，開發(fā)潛力非常大。

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