霍尔效应测量螺线管磁场实验报告

霍尔效应测量螺线管磁场实验报告
一、实验目的
1、了解霍尔效应的基本原理。

2、掌握用霍尔效应测量螺线管磁场的方法。

3、学会使用霍尔效应实验仪，并对实验数据进行处理和分析。

二、实验原理
1、霍尔效应
当电流 I 沿垂直于磁场 B 的方向通过导体时，在导体垂直于电流和磁场的方向上会产生一个横向电位差 UH，这种现象称为霍尔效应。

霍尔电压 UH 与电流 I、磁感应强度 B 以及导体的厚度 d 等因素有关，其关系式为：UH ＝ KHIB/d，其中 KH 为霍尔元件的灵敏度。

2、螺线管磁场
对于一个长直螺线管，其内部的磁场近似为均匀磁场，磁场强度 B 与电流 I、螺线管的匝数 N 和长度 L 有关，其关系式为：B ＝μ0nI，其中μ0 为真空磁导率，n ＝ N/L 为单位长度上的匝数。

三、实验仪器
霍尔效应实验仪、螺线管、直流电源、数字电压表、毫安表等。

四、实验步骤
按照实验电路图，将霍尔效应实验仪、螺线管、直流电源、数字电压表、毫安表等仪器正确连接。

2、调整仪器
（1）将霍尔元件置于螺线管的中间位置，确保霍尔元件与螺线管的轴线平行。

（2）调节直流电源的输出电压，使通过螺线管的电流逐渐增大，观察数字电压表的读数变化，确保仪器正常工作。

3、测量霍尔电压
（1）保持通过螺线管的电流不变，改变磁场方向（即改变电流方向），分别测量正、反向磁场下的霍尔电压 UH1 和 UH2，计算平均值UH ＝（UH1 ＋ UH2)／2，以消除副效应的影响。

（2）改变通过螺线管的电流 I，每次改变一定的值，测量对应的霍尔电压 UH，记录数据。

4、数据处理
（1）根据测量数据，绘制 UH I 曲线。

（2）利用曲线的斜率和已知的霍尔元件灵敏度 KH，计算出螺线管内部的磁感应强度 B。

五、实验数据记录与处理
｜通过螺线管的电流 I （mA) ｜霍尔电压 UH1 （mV) ｜霍尔电压UH2 （mV) ｜平均霍尔电压 UH （mV) ｜
｜｜｜｜｜
｜ 10 ｜ 125 ｜－120 ｜ 1225 ｜
｜ 20 ｜ 250 ｜－245 ｜ 2475 ｜
｜ 30 ｜ 370 ｜－365 ｜ 3675 ｜
｜ 40 ｜ 490 ｜－485 ｜ 4875 ｜
｜ 50 ｜ 610 ｜－605 ｜ 6075 ｜
2、绘制 UH I 曲线
以通过螺线管的电流 I 为横坐标，平均霍尔电压 UH 为纵坐标，绘制 UH I 曲线。

3、计算螺线管内部的磁感应强度 B
由 UH ＝ KHIB/d 可得 B ＝ UHd/（KHI)。

已知霍尔元件的灵敏度KH ＝ 10 mV/（mA·T)，厚度 d ＝ 05 mm，代入数据计算得到不同电流下螺线管内部的磁感应强度 B。

｜通过螺线管的电流 I （mA) ｜磁感应强度 B （T) ｜
｜｜｜
｜ 10 ｜ 01225 ｜
｜ 20 ｜ 02475 ｜
｜ 30 ｜ 03675 ｜
｜ 40 ｜ 04875 ｜
｜ 50 ｜ 06075 ｜
六、实验误差分析
1、系统误差
（1）霍尔元件的灵敏度 KH 存在一定的误差，可能导致计算得到的磁感应强度 B 存在偏差。

（2）实验仪器的精度有限，如直流电源的输出稳定性、数字电压表和毫安表的测量精度等，会对实验结果产生影响。

2、随机误差
（1）在测量霍尔电压时，由于读数的不确定性，可能会引入随机误差。

（2）实验环境中的电磁干扰等因素也可能对测量结果造成一定的影响。

七、实验注意事项
1、连接电路时，要确保各仪器的正负极连接正确，避免短路或断路。

2、调节直流电源的输出电压时，要缓慢增加，避免电流过大损坏仪器。

3、测量霍尔电压时，要尽量消除副效应的影响，保证测量结果的准确性。

4、实验结束后，要及时关闭电源，整理好实验仪器。

八、实验结论
通过本次实验，我们利用霍尔效应成功测量了螺线管内部的磁场强度。

实验结果表明，螺线管内部的磁场强度与通过螺线管的电流成正比，符合理论预期。

同时，通过对实验误差的分析，我们认识到在实验过程中要注意仪器的精度和操作的规范性，以提高实验结果的准确性。

本次实验让我们更深入地理解了霍尔效应和磁场的相关知识，为今后进一步学习和研究电磁学领域的内容打下了坚实的基础。