大学物理实验讲义实验12 用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场实验名称：用霍尔效应法测量磁场实验目的：1. 学习使用霍尔效应测量磁场；2. 熟悉实验仪器和操作方法。
实验器材：1. 霍尔效应磁场测量仪；2. 电磁铁；3. 直流电源；4. 万用表。
实验原理：霍尔效应是指将电流通过一个导体时，如果该导体处于垂直于磁场方向的磁场中，导体上将会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。
霍尔电压与磁场的强度具有一定的关系，可以通过测量霍尔电压来测量磁场的强度。
根据霍尔效应的原理，可得到以下公式：\[E_H = K \cdot B \cdot I\]其中，E_H为霍尔电压，K为霍尔常数，B为磁场强度，I为通过导体的电流。
实验步骤：1. 连接实验仪器。
将实验仪器的电源接入直流电源，将电磁铁的输入端接入直流电源的正极，将输出端接入实验仪器的霍尔电压测量端。
2. 调节电磁铁的电流。
通过调节直流电源的电流大小，控制电磁铁的磁场强度。
3. 测量霍尔电压。
通过实验仪器的读数，记录下给定电流下的霍尔电压。
4. 重复步骤2和步骤3，分别记录不同电流下的霍尔电压值。
5. 绘制电流与霍尔电压的图线。
6. 根据拟合直线的斜率和霍尔常数的关系，计算磁场强度。
注意事项：1. 实验过程中，要注意安全，避免触电和磁场对身体的影响。
2. 测量时需保持实验环境的恒温和较低的干扰。
3. 操作仪器时要注意仪器的使用说明，避免操作不当导致误差。
4. 测量结果的精度和准确性取决于实验仪器的精度、操作人员的技术水平和实验环境的条件等因素。
实验结果：根据测量所得的电流和霍尔电压数据，绘制出电流与霍尔电压的图线。
利用图线的斜率和霍尔常数的关系，计算出磁场的强度。
霍尔效应测磁场实验报告(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】实 验 报 告学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：一、实验室名称：霍尔效应实验室二、 实验项目名称：霍尔效应法测磁场三、实验学时：四、实验原理：（一）霍耳效应现象将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B 的磁场中，并让薄片平面与磁场方向（如Y 方向）垂直。
如在薄片的横向（X 方向）加一电流强度为H I 的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z 方向将产生一电动势H U 。
如图1所示，这种现象称为霍耳效应，H U 称为霍耳电压。
霍耳发现，霍耳电压H U 与电流强度H I 和磁感应强度B 成正比，与磁场方向薄片的厚度d 反比，即d BI RU H H =（1）式中，比例系数R 称为霍耳系数，对同一材料R 为一常数。
因成品霍耳元件（根据霍耳效应制成的器件）的d 也是一常数，故d R /常用另一常数K 来表示，有B KI U H H = （2）式中，K 称为霍耳元件的灵敏度，它是一个重要参数，表示该元件在单位磁感应强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。
如果霍耳元件的灵敏度K 知道（一般由实验室给出），再测出电流H I 和霍耳电压H U ，就可根据式HH KI U B =（3）算出磁感应强度B 。
图 1霍耳效应示意图图2 霍耳效应解释（二）霍耳效应的解释现研究一个长度为l 、宽度为b 、厚度为d 的N 型半导体制成的霍耳元件。
当沿X 方向通以电流H I 后，载流子（对N 型半导体是电子）e 将以平均速度v 沿与电流方向相反的方向运动，在磁感应强度为B 的磁场中，电子将受到洛仑兹力的作用，其大小为evB f B =方向沿Z 方向。
在B f 的作用下，电荷将在元件沿Z 方向的两端面堆积形成电场H E （见图2），它会对载流子产生一静电力E f ，其大小为H E eE f =方向与洛仑兹力B f 相反，即它是阻止电荷继续堆积的。
当B f 和E f 达到静态平衡后，有E B f f =，即b eU eE evB H H /==，于是电荷堆积的两端面（Z 方向）的电势差为vbB U H = （4）通过的电流H I 可表示为nevbd I H -=式中n 是电子浓度，得nebdI v H -=（5）将式（5）代人式（4）可得 nedBI U H H -= 可改写为B KI dBI RU H H H == 该式与式（1）和式（2）一致，neR 1-=就是霍耳系数。
霍尔法测磁场讲义
实验 3.1.8 用霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有很多，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍霍尔效应法测磁场的方法，它具有测量原理简单、测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
实验目的和任务1. 学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。
2. 了解圆线圈和亥姆霍兹线圈磁场的特点。
3. 测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
实验仪器、设备及材料FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪。
实验原理1. 载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 (1) 载流圆线圈的磁场根据毕奥-萨伐尔定律，N 匝半径为R ，通以电流强度为I 的圆线圈，其轴线上某点的磁感应强度为:2022322()N IR B R x μ=+ (1)式中x 为轴线上某点到圆心O 点的距离，710410H m μπ--=⨯⋅，其磁感应强度B 在轴线上的分布如图1(a )所示。
图1在流线圈的磁感应强度B 分布(a)(b)本实验取400N =匝、400I mA =及0.100R m =，则在圆心O 点0x =处，可算得磁感应强度 100053.13T B -⨯=。
(2) 亥姆霍兹线圈的磁场所谓亥姆霍兹线圈是指大小相同，间距等于其半径，通以电流的强度和方向相同，且平行共轴的一对圆线圈，如图1(b )所示。
设亥姆霍兹线圈轴线上某点离原点O （两线圈圆心连线的中点）的距离为x ，则其磁感应强度大小为32322222201()()222R R B NIR R x R x μ--⎧⎫⎪⎪⎡⎤⎡⎤=++++-⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎪⎪⎩⎭(2)这种线圈的特点是能在其原点O 附近产生较大的均匀磁场区域。
这种均匀磁场在生产和科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
2. 用霍尔效应测磁场的原理在匀强磁场B 中放一板状导体，使导体板面与B 方向垂直（如图2所示），如果在板状导体中沿着与磁场B 垂直的方向通以电流H I ，那么导体在垂直于电流和磁场方向的两端就会产生一定的电势差H U ，这种现象称为霍尔效应，电势差H U 称为霍尔电压。
大学物理实验 霍尔效应测磁场
霍尔效应测磁场基本定义：当稳恒磁场垂直作用于载流导体（或半导体）一段时间后，在导体（或半导体）的另外两个端面上会产生电位差（称霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。
霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。
【教学目的】1.学会利用霍尔效应测量磁感应强度。
2. 加深对霍尔效应的理解。
3. 掌握异号消除系统误差的方法。
4.掌握UJ31低电势电位差计的使用方法【教学重点】学会利用霍尔效应测量磁感应强度【教学难点】掌握异号消除系统误差的方法。
【教学方法】以学生实验操作为主；讲授、讨论、演示相结合。
【实验仪器】霍尔元件测磁场装置、直流毫安表、直流安培表、UJ31 低电势电位差计、200Ω滑线变阻器、AC15型直流复射式检流计、干电池、蓄电池、稳压电源、标准电池和导线若干。
【学时】3学时【课程讲授】1. 什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关系？回答: 霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。
2. 霍尔系数跟什么有关?回答：由霍尔材料的性质决定。
3. 霍尔元件里的电子受到几个力的作用？回答：洛仑磁力和霍尔电场力两个力作用一、实验原理垂直于磁场运动的带电离子将受到洛伦兹力m F q υ=×B 的作用，其中，q 为带电离子的电量，υ为带电离子的速度，B 为磁场的磁感应强度。
取一块形状为长方体、电子导电的半导体，如图3.24所示。
在它的左右两端焊接上电极（标记为3和4），通以自左向右的直流电流d d q I t ==d nqV t=霍尔效应原理d nq bd dt nq bd tυυ=，则半导体中的电子会产生定向移动。
然后在它的前后两端通以稳恒磁场，由于洛伦兹力的作用，电子将向上偏转积聚在上表面，下表面由于少了电子而带正电，上下两面将很快形成一个稳定的电场，且电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反，电子不再偏转，上下两面产生恒定的电势差（霍尔电压），连接上下电极1和2，则可测量霍尔电压的大小。
大一下物理实验【实验报告】 霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场
东南大学物理实验报告姓名学号指导老师日期座位号报告成绩实验名称：霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场目录预习报告...................................................2~5 实验目的 (2)实验仪器 (2)实验中的主要工作 (2)预习中遇到的问题及思考 (3)实验原始数据记录 (4)实验报告…………………………………………6~12 实验原理………………………………………………………实验步骤………………………………………………………实验数据处理及分析…………………………………………讨论……………………………………………………………预习报告实验目的：1.了解霍尔效应的基本原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。
2.了解霍尔效应及其消除办法。
3.确定试样的导电类型，载流子浓度以及迁移率。
4.利用霍尔效应测量磁场，并研究载流线圈组的磁场分布。
实验仪器（包括仪器型号）：实验中的主要工作：1.霍尔效应的研究：（1）、测量霍尔元件的灵敏度；（2）、测量半导体材料的电导率；（3）、确定所用霍尔元件的电导类型，计算霍尔系数R，载H流子浓度n及载流子迁移率 。
2.利用霍尔效应测磁场：（1）、根据仪器的使用方法调整好测磁实验仪；（2）、测定一对共轴线圈轴线上的磁场分布；（3）、测量长直螺线管轴线上的磁场分布。
①取I=10mA和适当的I M，测量螺线管轴线磁场上的分布，做B-X曲线，并分析结果②测定B=CI M中螺线管常数C预习中遇到的问题及思考：1.霍尔效应实验中有哪些副效应？通过什么方法消除它？答：霍尔元件通常为一矩形薄片，由于材料本身的不均匀以及电压输出的对称性，会在电极位置产生不等位电势差，在研究固体的导电性质时还发现一些热电、热磁效应伴随着霍尔效应一起出现，这样实验中从A、A`测得的电压U并不等于真实的霍尔电压，而是包含了由各种副效应引起的虚假电压。
一般来说附加电压的正负与霍尔原件工作电流及磁感应强度B的方向有关，可以采用对称测量法进行修正。
大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场实验目的：1.熟悉霍尔效应的基本原理。
2.掌握用霍尔效应法测量磁场的方法。
3.了解LCR电路的基本原理及其在霍尔效应实验中的应用。
实验原理：1.霍尔效应当一个半导体片被放置在一个磁场中时，正常的电流方向将被改变，这是霍尔效应的重要特征。
在一个横向磁场中，电子将受到一个力，使它们沿一个轴移动，这个轴垂直于电流和磁场之间的平面。
由于电荷的分布而产生的电压称为霍尔电压，它与磁感应强度和电流成正比。
2.LCR谐振电路LCR谐振电路是一种电路，可以在给定频率下将电压最小化。
它包括一个电感，一个电容和一个电阻器。
在特定的谐振频率下，当电感和电容的电流达到平衡时，电阻器的电流将为零。
这时电路的表现出来的阻抗是最小的，因此在谐振频率下可以测量出磁场。
实验器材：霍尔效应实验装置、电源、导线、万用表、量角器、磁铁。
实验步骤：1.首先将霍尔效应实验装置放在静磁场中，并用万用表确认磁场的磁感应强度。
2.将红色电缆夹子连接到霍尔片上的直流电极，将黑色夹子连接到其左边的垂直电极，用导线将电缆夹子连接到电源上。
3.用万用表检查电源输出电压的值。
将电源输出电压调整到所需的范围。
4.将量角器放在霍尔片上，测量电流通过载流电极时，霍尔片的垂直电极与磁场之间的夹角。
5.打开电源，调整电流强度至所需范围。
6.将电阻器调至LCR电路上的电阻元件的最佳位置。
7.使用万用表或示波器测量在谐振频率下所具有的最小值。
8.再次使用量角器，测量电流通过霍尔片时，霍尔电压与磁场之间的夹角。
9.用霍尔电压和磁感应强度计算出霍尔常数。
1.通过等式VH = IBZH / e d，我们可以计算出横向电场的霍尔电压，其中IB是电流，ZH是霍尔电阻，e是电子的带电量，d是半导体晶片的厚度。
3.使用等式R = V/IH计算出霍尔电阻。
实验结果分析：通过实验数据处理，我们可以计算出霍尔电阻和霍尔常数，并使用它们来确定磁场的强度。
实验十二用霍尔效应测磁场
实验十二 用霍尔效应测磁场实验目的 1．了解霍尔效应的基本原理。
．了解霍尔效应的基本原理。
2．学习用霍尔效应测量磁场。
．学习用霍尔效应测量磁场。
实验仪器HL —4霍尔效应仪，稳流电源，稳压电源，安培表，毫安表，功率函数发生器，特斯拉计，数字万用表，电阻箱等。
功率函数发生器，特斯拉计，数字万用表，电阻箱等。
实验原理1．霍尔效应．霍尔效应若将通有电流的导体置于磁场B 之中，磁场B （沿z 轴）垂直于电流I H （沿x 轴）的方向，如图4－14－1所示，则在导体中垂直于B 和I H 的方向上出现一个横向电位差U H ，这个现象称为霍尔效应。
效应。
这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。
霍尔效应可以测定载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，以及判断材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段。
还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。
用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。
大。
用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。
霍尔电势差是这样产生的：当电流I H 通过霍尔元件（假设为P 型）时，空穴有一定的漂移速度v ，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力)(B v F ´=q B （4－14－1）式中q 为电子电荷。
洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E ，直到电场对载流子的作用力F E =q E 与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即作用的洛沦兹力相抵消为止，即E B v q q =´)( （4－14－2）这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。
这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。
如果是N 型样品，则横向电场与前者相反，所以N 型样品和P 型样品的霍尔电势差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。
用霍尔效应测磁场-大学物理实验精品
实验中遇到的问题与解决方案
仪器故障
部分学生在实验过程中发现仪器出现故障，如电压表或电流表读数异常。经过检查，发现 是线路连接问题或仪器自身故障。解决方案是及时向教师报告问题，并按照教师的指导重 新连接线路或更换仪器。
数据波动
部分学生在测量霍尔电压时发现数据波动较大，影响实验结果的准确性。经过分析，发现 是测量过程中存在干扰因素。解决方案是在测量过程中尽量减少干扰，如关闭其他电器设 备，确保测量环境的安静。
利用霍尔元件在磁场中产生的霍尔电压来测量磁 场强度，具有较高的精度和灵敏度。
磁阻法
利用磁阻效应测量磁场强度，具有较高的灵敏度 和分辨率。
磁场测量的应用
地球磁场测量
地球自身存在磁场，通过测量地球磁场可以研究地球的构造和地 球物理学的基本问题。
磁力勘探
利用磁场测量技术探测地下矿藏、石油等资源，具有高效、无损的 特点。
磁性材料研究
通过测量不同材料的磁学性质，研究磁性材料的物理特性和应用前 景。
05
实验结果分析
数据处理与误差分析
数据处理
对实验测得的数据进行整理、计算和绘图，得出霍尔元件的霍尔系数和载流子 浓度。
误差分析
根据测量原理和实验操作，分析可能存在的误差来源，如温度变化、电路噪声、 测量仪器误差等。
实验结果与理论值比较
有关。
霍尔效应的应用
磁场测量
利用霍尔效应可测量磁场的大 小和方向，广泛应用于电机、
发电机、磁记录等领域。
电流测量
通过测量霍尔电压可间接测量 电流强度，具有高精度、无接 触等优点。
半导体技术
利用霍尔效应可研究半导体的 载流子性质，如载流子类型、 浓度和迁移率等。
传感器技术
霍尔效应测量磁场实验报告
实
验
报
告
实验名称霍尔效应测量磁场
专业班级：组别：
姓名：学号：
合作者：日期：
B
图3.4-1N型半导体
图1N型半导体
图2励磁电流与磁感应强度的B-I曲线图
轴方向磁感应强度的分布
0.0 2.0 4.0 6.08.010.015.020.0-43-65-119-189-198-198-193-188图3电磁铁间隙内B-x 曲线图
电磁铁间隙内磁感应强度的y 方向分布（500=B
I mA ，S I =10.00mA
．电磁铁中心处磁感应强度为T 15.1=B 。
图4电磁铁间隙内B-y 曲线图
H eE evB
=霍尔电压H U 的大小为
1S S
H H H I B I B
U E b R ne d d
==
=H R 称为霍尔系数，令1H H R K d ned
=
=，则H H S U K I B
=（3）结合电路图可以判断工作电流流入霍尔元件的方向，通过判断螺线管的绕行方向和励磁电流的流向可以判断电磁铁中的磁感应强度方向，最后结合霍尔电压表头上读数的正负可判断半导体的类型。
（4）若霍尔元件与磁场方向不垂直，则测量出的磁感应强度值减小。
若稍微转动霍尔元件在磁场中的方向，若霍尔电压值变小，则说明霍尔元件表面与磁场方向垂直。
霍尔效应实验和霍尔法测量磁场重点讲义资料
DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪使用说明书一、概述DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪用于研究霍尔效应产生的原理及其测量方法，通过施加磁场,可以测出霍尔电压并计算它的灵敏度，以及可以通过测得的灵敏度来计算线圈附近各点的磁场。
二、主要技术性能1、环境适应性：工作温度 10～35℃；相对湿度 25～75%。
2、通用磁学测试仪2.1可调电压源：0～15.00V、10mA；2.2可调恒流源：0～5.000mA和0～9.999mA可变量程，为霍尔器件提供工作电流，对于此实验系统默认为0-5.000mA恒流源功能；2.3电压源和电流源通过电子开关选择设置，实现单独的电压源和电流源功能；2.4电流电压调节均采用数字编码开关；2.5数字电压表：200mV、2V和20V三档，4位半数显，自动量程转换。
3、通用直流电源3.1直流电源，电压0～30.00V可调；电流0～1.000A可调；3.2电流电压准确度：0.5%±2个字；3.3电压粗调和细调，电流粗调和细调均采用数字编码开关。
4、测试架4.1底板尺寸：780*160mm；4.2载物台尺寸：320*150mm，用于放置螺线管和双线圈测试样品；4.3螺线管：线圈匝数1800匝左右,有效长度181mm，等效半径21mm；4.4双线圈：线圈匝数1400匝(单个)，有效直径72mm，二线圈中心间距 52mm；4.5移动导轨机构：水平方向0～60cm可调；垂直方向0～36cm可调，最小分辨率1mm；5、供电电源：AC 220V±10%，总功耗：60VA。
三、仪器构成及使用说明DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪由实验测试台、双线圈、螺线管、通用磁学测试仪、通用直流电源以及测试线等组成。
1、测试架1.双线圈；2.载物台（上面绘制坐标轴线）； 3，4 双线圈励磁电源输入接口；5.霍尔元件；6.立杆；7.刻度尺；8.传感器杆（后端引出2组线，一组为传感器工作电流Is，输出端号码管标识为Input；一组为霍尔电势V H输出，输出端号码管标识为Output）； 9.滑座； 10.导轨； 11. 螺线管励磁电源输入接口；12.螺线管； 13.霍尔工作电流I S输入，号码管标有Input（红正，黑负）；14.霍尔电势V H输出，号码管标有Output（红正，黑负）； 15.底座图1-1组合式磁场综合实验仪（测试架图）2、通用磁学测试仪（DH0802）1.电压或电流显示窗口（霍尔元件工作电流或电压指示）；2.恒流源指示灯；3.恒压源指示灯；4.调节旋钮（左右旋转用于减小或增加输出；按下弹起按钮用于恒流源或恒压源最小步进值选择，按照显示值的个、十、百、千位依次循环切换）；5.电源输出插座（正极红+，负极黑-，为霍尔元件或传感器提供工作电源；对于此实验，系统默认为恒流输出功能，为霍尔元件提供恒定的工作电流；输出插座与霍尔元件的输入端正负极对应相连，霍尔元件测试线上对应有input标号，连线时请注意！）；6. 霍尔电压表（霍尔电势表，200.00mV，2V和20V自动量程转换）；7.量程指示灯mV； 8. 量程指示灯V；9.置零键（对某一测试值进行置零，置零后指示灯亮，此时显示值与实际值相差“置零值”；再次按置零键恢复正常测试，电压输入值等于显示值）；10.电压输入插座（正极红+，负极黑-；该输入后用于测量霍尔元件的霍尔电势V H，与霍尔元件的输出端正负极对应相连，霍尔元件测试线上对应有output标号，连线时请注意！）。
实验 --利用霍尔效应测量磁场
实验 --利用霍尔效应测量磁场大学物理实验预报告姓名。
实验班号。
实验号。
实验十三利用霍尔效应测量磁场实验目的：本实验旨在通过利用霍尔效应测量磁场，掌握测量磁场的方法和技巧，加深对霍尔效应原理的理解。
实验原理及仪器介绍：测量磁场需要测出的物理量包括磁场强度、霍尔电压、电流等。
计算磁场强度的公式为B=μI/2πr，其中μ为真空磁导率，I为电流，r为磁场中心到导线的距离。
在实验中，除了霍尔电压外，还会受到其他因素引起的附加电压的干扰，如热电效应、接触电阻等。
这些影响因素可以分为内部因素和外部因素。
消除这些影响因素的方法包括使用差动放大器、保持电路稳定等。
螺线管内外磁场测定装置上的换向开关可以改变励磁电流的方向，从而改变磁场的方向。
具体工作原理为，当开关切换时，电路中会产生瞬时电流，从而改变磁场的方向。
实验内容：在实验中使用霍尔元件时需注意以下事项：首先，霍尔效应专用电源、螺线管内外磁场测定装置和霍尔元件之间的励磁电流、工作电流、霍尔电压必须一一对应，否则将会产生误差。
其次，在连接电路前和实验结束后，应对励磁电流、工作电流调节旋钮进行调整，以保证实验的准确性。
测量螺线管内部磁场分布时，应从螺线管中部开始测量，并通过调整霍尔片的位置确定其处于螺线管正中间。
此外，由于流经螺线管的励磁电流很大，会使螺线管发热，从而影响霍尔元件的灵敏度，因此在实验时需采取相应措施克服这一影响。
当霍尔元件将要移出螺线管时，霍尔效应专用电源显示的电压可能会发生变化，这是由于霍尔电压的方向与磁场方向的变化导致的。
在实验中应当注意观察这一现象，并分析其原因。
北京大学物理实验报告：霍尔效应测量磁场(pdf版)
霍尔效应测量磁场【实验目的】(1) 了解霍尔效应的基本原理(2) 学习用霍尔效应测量磁场【仪器用具】仪器名参数电阻箱∅霍尔元件∅导线∅SXG-1B毫特斯拉仪±(1% +0.2mT) PF66B型数字多用表200 mV档±(0.03%+2)DH1718D-2型双路跟踪稳压稳流电源0~32V 0~2A Fluke 15B数字万用表电流档±(1.5%+3)Victor VC9806+数字万用表200 mA档±(0.5%+4)【实验原理】(1)霍尔效应法测量磁场原理若将通有电流的导体至于磁场B之中，磁场B(沿着z轴)垂直于电流I S(沿着x轴)的方向，如图1所示则在导体中垂直于B和I S方向将出现一个横向电位差U H，这个现象称之为霍尔效应。
图 1 霍尔效应示意图若在x方向通以电流I S，在z方向加磁场B，则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力F E洛伦兹力F B相等时：q(v×B)=qE此时电荷在样品中不再偏转，霍尔电势差就有这个电场建立起来。
N型样品和P型样品中建立起的电场相反，如图1所示，所以霍尔电势差有不同的符号，由此可以判断霍尔元件的导电类型。
设P型样品的载流子浓度为p，宽度为w，厚度为的d。
通过样品电流I S=pqvwd，则空穴速率v=I S/pqwd，有U H=Ew=I H Bpqwd=R HI H Bd=K H I H B其中R H=1/pq称为霍尔系数，K H=R H/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。
(2)霍尔元件的副效应及其消除方法在实际测量过程中，会伴随一些热磁副效应，这些热磁效应有：埃廷斯豪森效应：由于霍尔片两端的温度差形成的温差电动势U E能斯特效应：热流通过霍尔片在其端会产生电动势U N里吉—勒迪克效应：热流通过霍尔片时两侧会有温度差产生，从而又产生温差电动势U R除此之外还有由于电极不在同一等势面上引起的不等位电势差U0为了消除副效应，在操作时我们需要分别改变IH和B的方向，记录4组电势差的数据当I H正向，B正向时：U1=U H+U0+U E+U N+U R当I H负向，B正向时：U2=−U H−U0−U E+U N+U R当I H负向，B负向时：U3=U H−U0+U E−U N−U R当I H正向，B负向时：U4=−U H+U0−U E−U N−U R取平均值有14(U1−U2+U3−U4)=U H+U E≈U H(3)测量电路图 2 霍尔效应测量磁场电路图霍尔效应的实验电路图如图所示。
大物实验霍尔效应测磁场实验报告
大物实验霍尔效应测磁场实验报告下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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霍尔效应法测量磁场
3、实验方法可以根据实验原理线圈个数和线 圈之间的间隔距离，再根据设计参数在半 径为R的非金属圆管绕制对应线圈，然后 想办法固定在霍耳效应仪上，用霍耳效应 法测量磁场的方法，测量新制线圈轴线上 的磁场分布。
4、实验思考，如何计算线圈内任一点的磁场 强度，均匀性如何？实验如何验证？
实验基本要求
1、线圈半径R不变（以霍耳效应仪中姆霍兹线 圈相同），总线圈长度尽可能短不大于3R， 均匀磁场的宽度大于1.2R（磁场变化控制在 2.0%以内），线圈个数大于2个。
2、给出理论计算模型及计算结果（包括图表 和曲线）；
3、设计改良型姆霍兹线圈，并安装在霍耳效 应仪
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AHEAD（Advanced Hit Efficiency And Destruction）弹实物图
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建议研究内容
1、根据单个线圈轴线上的磁感应强度B的计算公式：
B 0 R2NI 2 (R2 x2 )32
4、通过实验，给出测量数据（包括图表和曲 线），并对测量结果分析；
5、总结本实验研究结论，有何特点或创新点， 如果理论结果和实验结果不吻合，说明理由；
6、完成一篇符合规范要求的实验研究论文或 实验研究报告 。
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提示
1、理论研究中根据单个线圈轴线上的磁感应 强度B的计算公式和磁场叠加原理，建议采 用工程计算及数据分析软件MATLAB软件 工具进行仿真，得到线圈个数、每个线圈 的匝数、各线圈的排序及各线圈间的相对 距离（总长不能超过3R）。
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霍尔效应测磁场实验报告[共7篇]
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篇一：霍尔元件测磁场实验报告用霍尔元件测磁场前言：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，对今后的工作将大有益处。
教学目的：1. 了解霍尔效应产生的机理，掌握测试霍尔器件的工作特性。
2. 掌握用霍尔元件测量磁场的原理和方法。
3. 学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。
教学重难点： 1. 霍尔效应2. 霍尔片载流子类型判定。
实验原理如右图所示，把一长方形半导体薄片放入磁场中，其平面与磁场垂直，薄片的四个侧面分别引出两对电极（m、n和p、s），径电极m、n 通以直流电流ih，则在p、s极所在侧面产生电势差，这一现象称为霍尔效应。
这电势差叫做霍尔电势差，这样的小薄片就是霍尔片。
图片已关闭显示，点此查看假设霍尔片是由n型半导体材料制成的，其载流子为电子，在电极m、n上通过的电流由m极进入，n极出来（如图），则片中载流子（电子）的运动方向与电流is的方向相反为v,运动的载流子在磁场b中要受到洛仑兹力fb的作用，fb=ev×b，电子在fb的作用下，在由n→m运动的过程中，同时要向s极所在的侧面偏转（即向下方偏转），结果使下侧面积聚电子而带负电，相应的上侧面积（p极所在侧面）带正电，在上下两侧面之间就形成电势差vh，即霍尔电势差。
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场
实验 16 用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从 10 15 ~ 103 T（特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。
常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。
一般地，霍尔效应法用于测量 10 4 ~ 10 T 的磁场。
此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。
但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。
用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显著的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（ N 型或 P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，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尔器件，将有更为广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。
【实验目的】1.了解霍尔效应产生的机理。
2.掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。
3.学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。
4.研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。
【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应 /螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。
【实验原理】1.霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879 年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。
特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。
霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
霍尔效应测量磁场PPT课件
整流电路（rectifying circuit）把交流电转换 为直流电的电路。电源电路中的整流电路主要有 半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。 大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波电 路等组成。整流以后的电压是一种含有直流电压 和交流电压的混合电压，称单向脉动性直流电压。 再经滤波电路，将大部分高频交流成分滤去，得 到较为稳定的直流电。
（TA－TB）。因为霍尔电极和元件两者材料不同，电 极和元件之间形成温差电偶，这一温差在A、B间产生 温差电动势VE，VE∝IB。
称爱廷豪森效应，VE的大小与正负符号与I、B的大 小和方向有关，跟VH与I、B的关系相同，不能在测量 中消除
. PHYSICS LABORATORY
正电子运动平均速度（ 图中V’<V V”>V）
-120 -110 -100 -90 ……
0 10 20 …… 50 60
V3(mV) -Is、-IM
V4(mV) -Is、+IM
VHV1V2V3V4 (mV) 4
. PHYSICS LABORATORY
B1(mT)
2. 测量单个载流圆线圈B轴线上(X向)磁场B2 的分布
(1) 用连接线将励磁电流IM输出端连接到圆线圈B，霍尔传感 器的信号连接线连接到面板的对应插座。
. PHYSICS LABORATORY
表2 Ｂ2~X
IS =5.00mA IM =0.5A
X（mm）
-60
V1(mV) +Is、+IM
V2(mV) +Is、-IM
-50
……
V3(mV) -Is、-IM
-20
-10
0 10 20 …… 110 120
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
霍尔效应法测磁场实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除霍尔效应法测磁场实验报告篇一：物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场实验名称：利用霍耳效应测磁场实验目的：a．了解产生霍耳效应的物理过程；b．学习用霍尔器件测量长直螺线管的轴向磁场分布；c．学习用“对称测量法”消除负效应的影响，测量试样的Vh?Is和Vh?Im曲线；d．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
实验仪器：Th－h型霍尔效应实验组合仪等。
实验原理和方法：1.用霍尔器件测量磁场的工作原理如下图所示，一块切成矩形的半导体薄片长为l、宽为b、厚为d，置于磁场中。
磁场b垂直于薄片平面。
若沿着薄片长的方向有电流I通过，则在侧面A和b间产生电位差Vh?VA?Vb。
此电位差称为霍尔电压。
半导体片中的电子都处于一定的能带之中，但能参与导电的只是导带中的电子和价带中的空穴，它们被称为载流子。
对于n型半导体片来说，多数载流子为电子；在p型半导体中，多数载流子被称为空穴。
再研究半导体的特性时，有事可以忽略少数载流子的影响。
霍尔效应是由运动电荷在磁场中收到洛仑兹力的作用而产生的。
以n型半导体构成的霍尔元件为例，多数载流子为电子，设电子的运动速度为v，则它在磁场中收到的磁场力即洛仑兹力为Fm??ev?bF的方向垂直于v和b构成的平面，并遵守右手螺旋法则，上式表明洛仑兹力F的方向与电荷的正负有关。
自由电子在磁场作用下发生定向便宜，薄片两侧面分别出现了正负电荷的积聚，以两个侧面有了电位差。
同时，由于两侧面之间的电位差的存在，由此而产生静电场，若其电场强度为ex，则电子又受到一个静电力作用，其大小为Fe?eex电子所受的静电力与洛仑兹力相反。
当两个力的大小相等时，达到一种平衡即霍尔电势不再变化，电子也不再偏转，此时，ex?bV两个侧面的电位差Vh?exb由I?nevbd及以上两式得Vh?[1/(ned)]Ib其中：n为单位体积内的电子数；e为电子电量；d为薄片厚度。
令霍尔器件灵敏度系数则Vh?IsVh?KhIb若常数Kh已知，并测定了霍尔电动势Vh和电流I就可由上式求出磁感应强度b的大小。
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实验16 用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从~1015-310T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。
常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。
一般地，霍尔效应法用于测量10~104-T 的磁场。
此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。
但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。
用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，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尔器件，将有更为广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。
【实验目的】1. 了解霍尔效应产生的机理。
2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。
3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。
4.研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。
【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。
【实验原理】1. 霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。
特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。
霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。
对于图1-1（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受到洛仑兹力大小为：当S I 沿X 轴正向、B 沿Z 轴正向、H E 沿Y 正方向的试样是P 型半导体。
显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受到的横向电场力HE eEF =与洛仑兹力evB F g =大小相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有：B v e eE H = （1-2）其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
设试样的宽为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则：bd v ne I S = （1-3） 而霍尔电压b E V H H =，这样，由（1-2）、（1-3）式可求得：dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1 （1-4）即霍尔电压H V （A 、A '电极之间的电压）与B I S 乘积成正比，与试样厚度成反比，比例系数neR H 1=称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出HV （伏）以及知道S I （安）、B （高斯）和d （厘米），就可按照下式计算H R （厘米3/库仑）。
810⨯=BI dV R S H H （1-5）上式中的810是由于磁感应强度B 用电磁单位（高斯），而其他各量均采用CGS 实用单位而引入。
根据H R 可进一步确定以下参数：1. 由H R 的符号（或霍尔电压的正、负）判断样品的导电类型判断的方法是按照图1-1所示的S I 和B 的方向，若测得的0<='A A H V V ，（即点A 的电位低于点A '的电位），则H R 为负，样品属N 型，反之则为P 型。
2. 由H R 求载流子浓度n 即eR n H 1=。
应该指出，这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移速度得到的，严格一点来说，考虑到载流子的统计分布，需引入8/3π的修正因子（本实验不作严格要求，有兴趣的读者可参阅黄昆、谢希德着《半导体物理学》）。
3. 结合电导率的测量，求载流子的迁移率μ电导率σ与载流子浓度n 及迁移率μ之间有如下关系μσne = （1-6）即σμHR =，通过实验测出σ值即可求出μ。
综上所述，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率μ高、电阻率ρ亦较高）的材料。
因μρ=H R ，就金属导体而言，μ和ρ均很低，而不良导体ρ虽高，但μ极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔器件。
半导体μ高，ρ适中，是制造霍尔器件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔器件都采用N 型材料，其次，霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔器件的输出电压较片状的要高得多。
对于成品的霍尔器件，其H R 和厚度d 已知，所以实用上采用：nedK H 1=（1-7） 来表示器件的灵敏度，这样（1-4）式写成：B I K V S H H = （1-8） 式中，H K 称为霍尔器件的灵敏度（其值由制造厂家给出）。
它表示该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压，一般要求霍尔器件的灵敏度H K 越大越好。
（1-8）中的单位取S I 为mA ，H V 的单位用mV ，B 的单位用kG （千高斯）或（特斯拉），这样，H K 的单位为kG mV/mA ⋅或是0.1T mV/mA ⋅。
由（1-8）式有：SH HI K V B =（1-9）由（1-9）式可知，如果知道了霍尔器件的灵敏度H K ，用仪器分别测出控制电流S I 和霍尔电压H V ，就可以算出磁场B 的大小，这就是用霍尔效应测磁场的原理。
由于霍尔效应的建立需要的时间很短（约在141210~10--s 内），因此，使用霍尔器件时可以用直流电或交流电，若控制电流S I 用交流电t I I S S ωsin 0=，则t I B K B I K V S H S H H ωsin 0⋅=⋅⋅= （1-10） 所得的霍尔电压也是交变的。
这时的S I 和H V 均应理解为有效值。
2. 霍尔电压H V 的测量方法应该说明，在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应，以致实验测得的A 、A '两电极之间的电压并不等于真实的H V 值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此，必须设法消除，根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除（参阅附录），具体做法是保持S I 和B （即M I ）的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的S I 和B 组合的A 、A '两点之间的电压1V 、2V 、3V 、4V ，即：+S I +B 1V +S I -B 2V -S I -B 3V -S I +B 4V然后求上述四组测量数据1V 、2V 、3V 、4V 的代数平均值，可得： )(414321V V V V V H -+-=（1-11） 根据对称测量法求得的H V ，虽然还存在着个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小。
可以忽略不计。
（1-9）、（1-11）两式就是本实验用来测量磁感应强度的依据。
3. 电导率σ的测量σ 可以通过图1-1所示的A 、C （或A '、C '）电极进行测量，设A 、C 间的距离为l ，样品的横截面积为bd S =，流经样品的电流为S I ，在零磁场下，若测得A 、C （A '、C '）间的电位差为0V （AC V ），则可以由下式求得σ： S V lI S 0=σ （1-12）4. 载流长直螺线管内的磁感应强度螺线管是由绕在圆柱面上的导线构成的，对于密绕的螺线管，可以看成是一列有共同轴线的圆形线圈的并列组合，因此，一个载流长直螺线管轴线上某点的磁感应强度，可以从对各圆形电流在轴线上该点所产生的磁感应强度进行积分求和得到：M NI B 00μ= （1-13）式中，0μ为真空磁导率，N 为螺线管单位长度的线圈匝数（其值已在仪器上标明），M I 为线圈的励磁电流。
由图1-2所示的长直螺线管的磁力线分布可知，其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系，图1-2 长直螺线管的磁力线分布图渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其内部的磁场是均匀的，仅在靠近两端口处，才呈现明显的不均匀性，根据理论计算，长直螺线管一端的磁感应强度为内腔中部磁感应强度的1/2，即：M NI B B 02121μ==中点端点 （1-14） 对于一个有限长的螺线管，其内轴线上任一点P 处的磁感应强度为:)cos (cos 2120ββμ-=M P NI B （1-15）当螺线管的长度L 和直径D 相比有D L >>时，πβ→1，02→β，则有 M P NI B 0μ= （1-16）这时，螺线管内部磁场的计算与无限长螺线管情况一致。
在实验装置中，霍尔器件被封装在一个黑色塑料保护壳内并连接在一金属探杆上，可沿螺线管轴线移动（霍尔器件平面与磁场方向垂直），转动霍尔器件探杆支架的旋纽1X 、2X ，可改变霍尔器件在磁场中的位置，以测定通电长直螺线管内轴向各处的磁感应强度。
【仪器介绍】1. TH-S 型螺线管磁场实验仪TH-S 型螺线管磁场实验仪结构如图1-3所示，主要由三部分组成: （1）长直螺线管螺线管由漆包铜线密绕而成的，管的长度=L 28cm ，单位长度的线圈匝数N （匝/米）已经标注在实验仪上。
（2）霍尔器件和调节机构霍尔器件如图1-4所示，它有两对电极，A 、A '电极用来测量霍尔电压H V ，D 、D '电极为工作电流电极，两对电极用四线扁平线经探杆引出，分别接到实验仪的H V 输出开关和S I 换向开关处。
霍尔器件的灵敏度H K 与载流子浓度成反比，因半导体材料的载流子浓度随温度变化而变化，故HK 与温度有关。
实验仪上给出了该霍尔器件在15℃时的H K 值。
如图1-3所示，探杆固定在二维（X 、Y 方向）调节支架上，其中Y 方向调节支架通过旋纽Y 调节 图1-4 霍尔器件示意图 探杆中心轴线与螺线管内孔轴线的位置，应使之重合。
X 方向调节支架通过旋纽1X 、2X 调节探杆的轴向位置。
二维支架上设有1X 、2X 及Y 测距尺，用来指示探杆的轴向及纵向位置，一般情况下，可不调节Y 旋纽。
实验时如想使霍尔探头从螺线管的右端移至左端，为调节顺手，应先调节1X 旋纽，使调节支架1X 的测距尺读数1X 从-14.0c m ，再调节2X 旋纽，使调节支架2X 的测距尺读数从-14.0c m ，反之，要使探头从螺线管左端移至右端，应先调节2X ，读数从14.0c m —，再调节1X ，读数从14.0c m —。