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用霍耳法测螺线管的磁场


用霍耳法测螺线管的磁场

霍耳效应是德国物理学家霍耳(A.H.Hall 1855—1938)于 1879 年在他的导师罗兰指导下发现的。由于这种 效应对一般的材料来讲很不明显,因而长期未得到实际应用。六十年代以来,随着半导体工艺和材料的发展,这 一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。 利用半导体材料制成的霍耳元件,特别是测量元件,广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。由于霍耳元 件的面积可以做得很小,所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。此外,还可以利用这一效应来测量半导体中的载 流子浓度及判别半导体的类型等。近年来霍耳效应得到了重要发展,冯﹒克利青在极强磁场和极低温度下观察到 了量子霍耳效应,它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。在工业生产要求自动检测和控制的今天,作 为敏感元件之一的霍耳器件,会有更广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验,对今后的工作将大益处。

一、 教学目的 1. 加深对霍耳效应的理解。 2. 掌握霍耳效应测量磁场的原理和方法。 3. 掌握箱式电势差计的使用方法。

二、 教学要求 1. 提交符合要求的预习报告; 2. 实验操作在三小时内完成,操作正确,数据合格; 3. 写出合格的实验报告。

三、 教学重点和难点 重点:霍耳效应测磁场的原理和方法;箱式电势差计的工作原理及使用方法;正确连接实验线路及测量霍耳 重点 电压。 难点:霍耳电压测量中的附加电动势差及消除方法;霍耳元件载流子类型的正确判断;箱式电势差计的正确 难点 使用。

讲解内容( 分钟) 四、 讲解内容(约 20 分钟) 此项内容师生共同完成,教师边讲解边提问,学生回答问题,教师指正。 1. 扼要说明实验原理,筒介箱式电势差计使用方法。 提问:

①测量公式中 B

=

UH KH ? IH

中各量的物理意义?

②霍耳系数 RH=?;霍耳元件灵敏度 KH=? ③用霍耳效应测磁感应强度属于什么实验方法? ④在测量霍耳电压的过程中,励磁电流、霍耳元件工作电流、电势差计的工作电流能改变吗? ⑤测量霍耳电压时,B 和 IH 的正负可以人为约定吗? 2. 讲解测量内容、程序及注意事项。 3. 学生自由提问、教师解答。

五、 指导点及指导要点

1

1. 连接实验线路要点,强调正负极性勿接错; 2. 霍耳片工作电流和励磁电流的正确调定; 3. 复射式检流计的使用; 4. JWZ——1 型组合电源的使用; 5. 校准箱式电势差计要点; 6. 对 B 和 IH 正负的约定; 7. 换向开关 K1、K2、K3 的作用,尤其是 K3 在调节检流计光斑指零中的作用; 8. 箱式电势差计面板上三个读数盘的正确读数方法; 9. 提醒注意第三个读数盘 RxⅢ的断开位置,R xⅢ在该位置时,检流计指零并非达到补偿状态; 10. 测磁场装置上“1——6”六个接线柱的极性的正确识别; 11. “1.2”“3.4”“5.6”三对接线柱各自确定的判断对象; , , 12. 判断载流子类型的矢量式 E H

= ?U × B 及矢量图;

13. 提醒记录霍耳元件的灵敏度 KH=?

六、 写实验报告提示

1. 用 B

=

UH KH ? IH

式求算 B 值,注意各量的单位;

2. 作 B—IB 曲线时,注意根据测量数据确定坐标轴的比例与标度,要比例适中,标度划分得当; 3. 分析实验中的主要误差因素。

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