霍尔测磁场(大物实验)
大学物理实验实验15 霍尔效应测磁场
物理实验教学中心
实验背景
1879年美国科学家霍尔在
研究金属的导电机理时发现当
稳恒磁场垂直作用于载流导体 一段时间后，在导体的另外两 个端面上产生电位差，这种现 象称为霍尔效应。
爱德温•霍尔（1855～1938）
冯·克利青 获1985年的诺 贝尔物理学奖 （量子霍尔效应）
罗伯特·劳克林
数据处理
电路图
实物接线图
低电势电位差计的使用方法
量程旋钮
接饱和标 准电池
接检流计
接电位差 计电源
接霍尔 电压键
校准回路 补偿电阻 选 择 开 关 Nhomakorabea限 流 电 阻 测 量 按 钮 测补 量偿 回电 路阻
步骤： 1. 调整电位差计的工作电流至10mA; 2. 测量霍尔电压UH。
数据记录及处理
工作电流 I（正侧） 励磁电流 B（正侧） 电位差计测量值（mV） U1（正侧）=UH+U0+UE+UN+UNE =
注意事项
注意3组电源及标准电池的极性，不可接错； 调整工作电流时先把滑线变阻器置于阻值最大处；
每次测量完毕应及时断开换向开关。
思考题
本实验中为什么要用换向开关？
UJ31型低电势电位差计在本实验中的作用是什么？
它与一般的电压测量仪器有何不同？ 你认为本实验中最困难的是哪一步？
霍尔效应仪
实验原理
霍尔效应
evB eE e UH U H vBl l IS B 1 IS B U g R KH IS B H H en d d IS v neld
UH B IS KH
KH：霍尔元件灵敏度 RH：霍尔系数
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。
大学物理实验报告霍尔效应
大学物理实验报告霍尔效应一、实验目的1、了解霍尔效应的原理。
2、掌握用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪器，测量霍尔电压和励磁电流，并计算霍尔系数和载流子浓度。
二、实验原理1、霍尔效应置于磁场中的载流导体，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横向电势差，这种现象称为霍尔效应。
设导体中的载流子为电子，它们以平均速度 v 沿 x 方向定向运动。
在磁场 B 作用下，电子受到洛伦兹力 F ＝ e v × B，其中 e 为电子电荷量。
洛伦兹力使电子向导体一侧偏转，从而在导体两侧产生电荷积累，形成横向电场 E。
当电场力与洛伦兹力达到平衡时，有 e E ＝ e v B，即 E ＝ v B。
此时产生的横向电势差称为霍尔电压 UH ，UH ＝ E b ，其中 b 为导体在磁场方向的宽度。
2、霍尔系数霍尔电压 UH 与电流 I 和磁场 B 以及导体的厚度 d 有关，其关系式为 UH ＝ R H I B ／ d ，其中 R H 称为霍尔系数。
对于一种材料，R H 是一个常数，它反映了材料的霍尔效应的强弱。
3、载流子浓度由 R H 的表达式，可推导出载流子浓度 n ＝ 1 ／（R H e) 。
三、实验仪器霍尔效应实验仪，包括霍尔样品、电磁铁、励磁电源、测量电源、数字电压表等。
四、实验内容与步骤1、连接实验仪器按照实验仪器说明书，将霍尔样品、电磁铁、励磁电源、测量电源和数字电压表正确连接。
2、测量霍尔电压（1）保持励磁电流 IM 不变，改变测量电流 IS 的大小和方向，测量对应的霍尔电压 UH 。
（2）保持测量电流 IS 不变，改变励磁电流 IM 的大小和方向，测量对应的霍尔电压 UH 。
3、绘制曲线根据测量数据，分别绘制 UH IS 和 UH IM 曲线。
4、计算霍尔系数和载流子浓度根据曲线的斜率，计算霍尔系数 R H ，进而计算载流子浓度 n 。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录表格｜ IM （A) ｜ IS （mA) ｜ UH1 （mV) ｜ UH2 （mV) ｜ UH3 （mV) ｜ UH4 （mV) ｜ UH （mV) ｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 10 ｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 20 ｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 30 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 10 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 20 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 30 ｜｜｜｜｜｜（注：UH1、UH2、UH3、UH4 分别为在不同测量条件下得到的霍尔电压值，UH 为其平均值。
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。
大物C-霍尔元件
分别测量电压值 Ui，计算霍尔电压 UH，填入表 2 中，并绘出 UH-IM 曲线，分析霍尔电压 UH 与励磁电流
IM 之间的关系。
【数据记录】
第
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表1
霍尔电压UH与工作电流Is的关系Im=300mA,C= 0.5010 T/A d=0.4997mm B=0.1503 T
Is(mA) U1(mV) U2(mV) U3(mV) U4(mV) +IM，+Is -IM，+Is -IM，-Is +IM，-Is
700
9.67
-9.66
9.69
-9.69
800
11.07 -11.06
11.09 -11.10
UH 1 U1 U 2 U 3 U 4 4
(mV)
1.305 2.700 4.095 5.495 6.895 8.280 9.678 11.080
B(mT)
1.43 1.48 1.50 1.51 1.51 1.51 1.52 1.52
1) .移动二维移动尺，使霍尔元件处于电磁铁气隙中心位置,闭合励磁电流开关，调节励磁电流 IM=300mA，
通过公式：B=C∙IM 求得并记录此时电磁铁气隙中的磁感应强度 B（C 为电磁铁的线圈常数，C 的值见面板
标示牌）
2) .调节工作电流 Is=1.00、2.00……、8.00mA（间隔 1.00mA），通过变换实验仪各换向开关，在（+IM，+Is）、
3).将测试仪的电压量程调至高量程。
4).测试仪面板右下方为提供励磁电流 IM 的恒流源输出端，接实验仪上励磁电流的输入端（将接线叉口与
接线柱连接）。
5).测试仪左下方为提供霍尔元件工作电流 Is 的恒流源输出端接实验仪工作电流输入端（将插头插入插孔）。
用霍尔元件测量磁场实验报告
用霍尔元件测量磁场实验报告实验报告：用霍尔元件测量磁场实验目的：本实验旨在通过实验操作，掌握使用霍尔元件对磁场进行测量的方法，以及训练实验者的实验操作技能和数据处理能力。
实验仪器：1. 霍尔元件；2. 强磁铁；3. 安培计；4. 电源；5. 其他所需器材和工具。
实验原理：霍尔效应是在电场和磁场同时存在时，载流子在材料中受到的洛伦兹力的影响，从而引起跨导电势的现象。
跨导电势可以通过安装在载流子流经处的霍尔元件进行测量。
通过对霍尔电势的测量可以得到材料所处磁场的磁感应强度。
实验步骤：1. 准备实验所需器材和工具，将强磁铁放于霍尔元件所在位置；2. 打开电源，将电流调节到所需实验数值，记录下电流的值；3. 记录下安培计测量到的受载流子极板宽度的值；4. 根据实验要求调整强磁铁的位置，使磁场方向达到要求；5. 将电源参数改变后，重新记录电流和安培计测量到的受载流子极板宽度的值；6. 对实验数据进行处理，得到所需结果。
实验结果：通过实验操作，测得不同磁场条件下的霍尔电势值，得到所需数据。
根据计算得到的数值，可以得到所需结果。
实验结论:1. 本实验通过实验操作，掌握了使用霍尔元件对磁场进行测量的方法。
2. 经过实验数据的处理，根据计算所得结果可以知道，在不同磁场强度下，测得的霍尔电势值不同，强度越大，电势值越大。
3. 本实验通过实验操作，训练了实验者的实验操作技能和数据处理能力，使其掌握了实验分析的方法和技巧。
实验注意事项：1. 在实验过程中，应该注意安全，不得使用过大的电流和磁场。
2. 在实验前，需要对实验器材及仪器进行严格的检查和调试，确保器材完好、仪器可靠。
3. 在实验过程中，需要仔细观察实验现象，正确记录和处理数据，尽量避免误差和偏差。
4. 在实验后，及时整理数据并进行结果分析，撰写实验报告。
总之，本实验是一次较为全面、系统的实验，不仅为学生提供了掌握物理实验技能的机会，也为他们以后从事相关工作打下了坚实的基础。
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。
大学物理实验-霍尔元件测磁场
霍尔效应原理
霍尔元件
霍尔效应
霍尔元件工作原理
霍尔元件由半导体材料制成，当电流通过霍尔元件时，由于霍尔效应，会在元件的两端产生电势差，这个电势差与通过的电流和磁感应强度有关。
通过测量这个电势差，可以计算出磁场和电流的强度。
磁场测量原理
磁场测量
进行测量
实验操作流程
在实验过程中，及时记录测量数据，确保数据的准确性和完整性。
数据记录
对记录的数据进行整理、计算和分析，得出实验结果。
数据处理
根据实验结果，分析误差来源，提出改进措施。
结果分析
数据记录与处理
04
CHAPTER
实验结果分析
数据整理
将实验过程中测得的所有数据整理成表格，包括测量点、磁场强度、霍尔电压等。
数据处理能力
学会了利用数据采集系统获取并处理实验数据，通过图表等形式呈现结果。
误差分析
对实验中产生的误差进行了分析，理解了误差来源及对结果的影响。
实验总结
操作不熟练
由于对实验设备操作不熟悉，导致测量时间过长。解决方案：提前预习实验内容，熟悉实验设备操作流程。
设备故障
在实验过程中，发现数据采集系统突然停止工作。解决方案：重新启动设备，检查连接线是否松动，确保电源正常。
大学物理实验-霍尔元件测磁场
目录
实验目的 实验原理 实验步骤 实验结果分析 实验总结与展望
01
CHAPTER
实验目的
了解霍尔元件的工作原理和特性。
掌握使用霍尔元件测量磁场的方法和步骤。
学会处理实验数据和误差分析。
掌握霍尔元件测量磁场的方法
了解霍尔效应的原理
大学物理实验霍尔效应实验报告
大学物理实验霍尔效应实验报告大学物理实验霍尔效应实验报告引言霍尔效应是指当电流通过一块导体时，在垂直于电流方向的磁场作用下，导体两侧会产生电势差，这种现象被称为霍尔效应。
霍尔效应不仅在理论研究中有着重要的应用，而且在实际生活中也有着广泛的应用，如磁传感器、霍尔开关等。
本实验旨在通过测量霍尔电压和磁场强度的关系，验证霍尔效应的存在并探究其特性。
实验目的1. 了解霍尔效应的基本原理和特性；2. 学习使用霍尔效应测量磁场强度；3. 熟悉实验仪器的使用和实验操作的步骤。
实验装置和原理实验装置主要包括霍尔效应实验仪、直流电源、数字电压表和磁铁。
实验仪由霍尔片、电源、数字电压表和磁铁组成。
霍尔片是一块导电材料，其两侧分别连接有电压表，可以测量霍尔电压的大小。
电源用于提供电流，磁铁则用于产生磁场。
当电流通过霍尔片时，磁场作用下，霍尔片两侧会产生电势差，即霍尔电压。
实验步骤1. 将实验仪连接好，确保电路连接正确；2. 调节电源，使电流稳定在一定数值；3. 移动磁铁，改变磁场强度；4. 记录不同磁场强度下的霍尔电压值；5. 根据实验数据，绘制霍尔电压与磁场强度的关系曲线。
实验结果与分析通过实验测量得到的数据，我们可以绘制出霍尔电压与磁场强度的关系曲线。
从曲线可以看出，霍尔电压与磁场强度呈线性关系。
这符合霍尔效应的基本原理，即霍尔电压与磁场强度成正比。
根据实验数据，我们还可以计算出霍尔系数，即霍尔电压与电流、磁场强度的比值。
霍尔系数的大小与导体的性质有关，可以用来研究导体的电荷载流子类型和浓度。
实验中可能存在的误差主要来自实验仪器的精度和实验操作的不准确。
为减小误差，我们可以多次测量取平均值，提高实验仪器的精度，严格控制实验操作的步骤。
实验结论本实验通过测量霍尔电压和磁场强度的关系，验证了霍尔效应的存在，并探究了其特性。
实验结果表明，霍尔电压与磁场强度呈线性关系，符合霍尔效应的基本原理。
通过计算霍尔系数，可以进一步了解导体的性质。
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
大学物理磁场测量实验报告
大学物理磁场测量实验报告一、实验目的1、掌握霍尔效应原理，理解霍尔电压与磁场、电流之间的关系。
2、学会使用霍尔效应法测量磁场的磁感应强度。
3、熟悉实验仪器的使用方法，提高实验操作技能。
4、培养分析和处理实验数据的能力，探究实验误差的来源。
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，在垂直于电流和磁场的方向上会产生横向电场，从而在导体的两端产生电势差，这个现象称为霍尔效应。
霍尔电压 VH 与电流 I、磁感应强度 B 以及导体的厚度d 之间的关系为：VH ＝ KHIB/d其中，KH 为霍尔元件的灵敏度。
2、磁场的测量通过测量霍尔电压 VH、已知的电流 I 和霍尔元件的灵敏度 KH 以及厚度 d，就可以计算出磁感应强度 B：B ＝ VHd/（KH I)三、实验仪器1、霍尔效应实验仪包括霍尔元件、励磁电流源、工作电流源、数字电压表等。
2、特斯拉计用于校准实验仪器所产生的磁场。
四、实验步骤1、仪器连接与预热将霍尔效应实验仪的各个部分正确连接，打开电源，预热 10 15 分钟，使仪器达到稳定工作状态。
2、调整霍尔元件位置将霍尔元件放置在磁场中间，确保其与磁场方向垂直，并通过调节螺丝使其处于最佳位置。
3、测量励磁电流与霍尔电压的关系保持工作电流 I 不变，逐步增大励磁电流 IM，测量对应的霍尔电压VH，记录数据。
4、测量工作电流与霍尔电压的关系保持励磁电流 IM 不变，改变工作电流 I，测量相应的霍尔电压 VH，记录数据。
5、测量不同位置的霍尔电压沿磁场方向移动霍尔元件，测量不同位置处的霍尔电压，观察其变化规律。
6、数据记录与处理将测量得到的数据记录在表格中，进行数据处理，计算出相应的磁感应强度 B，并分析误差。
五、实验数据以下是实验中测量得到的数据：｜励磁电流 IM（A）｜霍尔电压 VH（mV）｜工作电流 I（mA）｜霍尔电压 VH（mV）｜位置（cm）｜霍尔电压 VH（mV）｜｜｜｜｜｜｜｜｜05|25|10|50|0|50|｜10|50|15|75|1|48|｜15|75|20|100|2|45|｜20|100|25|125|3|42|六、数据处理1、根据霍尔电压 VH 与励磁电流 IM 的数据，绘制 VH IM 曲线。
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。
大学物理实验实验15 霍尔效应测磁场
霍尔效应仪
实验原理
霍尔效应
evB eE e UH U H vBl l IS B 1 IS B U g R KH IS B H H en d d IS v neld
UH B IS KH
KH：霍尔元件灵敏度 RH：霍尔系数
霍尔元件中的附加效应：
实验背景冯克利青获1985年的诺贝尔物理学奖量子霍尔效应霍斯特施特默罗伯特劳克林崔琦共同获得1998年的诺贝尔物理学奖分数霍尔效应?了解霍尔效应法测量磁场的原理和方法?学习用异号法消除附加效应产生的系统误差?掌握uj31型低电势电位差计的使用实验目的霍尔效应仪检流计电位差计电源毫安表滑动变阻器uj31型低电势电位差计电源饱和电池实验仪器霍尔效应1hhsshhhssuevbeeeuvbllibiburkibenddivneld???????????????ghshubik?kh
注意事项
注意3组电源及标准电池的极性，不可接错； 调整工作电流时先把滑线变阻器置于阻值最大处；
每次测量完毕应及时断开换向开关。
思考题
本实验中为什么要用换向开关？
UJ31型低电势电位差计在本实验中的作用是什么？
它与一般的电压测量仪器有何不同？ 你认为本实验中最困难的是哪一步？
U0：不等位电势 UE：爱廷豪森效应
UN：能斯脱效应
US： 纪-勒杜克效应 产生机理详见教材P128
误差消除：
+IS +B U1
-IS
-IS +IS
+B
-B -B
U2
U3 U4
U1 U 2 U 3 U 4 UH 4
用异号法消除系统误差
实验内容与步骤
测量磁铁产生匀强磁场的B的大小 学习正确使用低电势电位差计
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。
霍尔测磁场(大物实验)
霍尔测磁场(大物实验)霍尔效应实验是指为了解霍尔效应测量磁场原理而进行的实验。
目的与要求1．了解霍尔效应测量磁场的原理和方法；2．观察磁电效应现象；3．学会用霍尔元件测量磁场及元件参数的基本方法。
仪器与装置霍尔效应实验仪原理1．霍尔效应霍尔效应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所产生的。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场。
半导体试样，若在方向通以电流，在方向（垂直纸面向外）加磁场，则在方向即试样、电极两侧就开始积累异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移的。
当载流子所受的横向电场力与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡。
其中为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
在此，载流子电量为电子电量。
设试样的宽为，厚为，载流子浓度为，则：即霍尔电压（、电极之间的电压）与乘积成正比，与试样厚度成反比。
比例系数称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出（伏），以及知道（安）、（特斯拉），可按下式计算出（伏特/安培·特斯拉）：根据可进一步确定以下参数：（1）由的符号（或霍尔电压的正负）判别半导体样品的导电类型；判别的方法是所示的和的方向，若测得的<0（即点A`的电位低于点A的电位）则为负，样品属型，反之则为型。
（2）由求载流子浓度，即；（3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率。
迁移率表示单位电场下载流子的平均漂移速度，它是反映半导体中载流子导电能力的重要参数。
测出值即可求。
在实验中测出，、两电极间电压。
已知、间长为，样品截面积，工作电流为，由欧姆定律，其中为电子电量库仑。
2．各种附效应及其消除以上讨论的霍尔电压是在理想情况下产生的，实际上，在产生霍尔效应的同时，还伴随着各种附效应，所以实验测到的并不等于真实的霍尔电压值，而是包含着各种附效应所引起的附加电压。
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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霍尔效应大物实验报告
霍尔效应大物实验报告
实验名称：霍尔效应实验
实验目的：
1. 理解霍尔效应的基本原理和实验方法。
2. 学习如何使用霍尔元件进行电学测量。
3. 通过实验探究磁场的性质和应用。
实验原理：
霍尔效应是指在磁场中将电流引入一块具有指定导电性质的材料中时所观察到的电场效应。
根据霍尔效应所描述的物理现象，我们可以通过对材料中电子的行为进行分析，从而计算出磁场的大小和方向。
该实验使用霍尔元件作为电路元件来探测磁场。
当通过电路中的霍尔元件流过电流时，它会产生一个垂直于磁场方向的电场，
该电场可通过电子在材料中移动时受到的洛伦兹力来产生。
通过测量这些电场，可以计算出磁场的大小和方向。
实验装置：
1. 霍尔元件
2. 恒流源
3. 万用表
4. 磁铁
5. 电源
实验步骤：
1. 将恒流源与霍尔元件连接，保持电流恒定。
2. 调整磁铁的位置和方向，测量霍尔元件的电场，记录数据。
3. 根据记录的数据，计算磁场的大小和方向。
实验结果：
在实验中，我们测量了霍尔元件的电场，并通过计算得出了磁场的大小和方向，结果如下：
磁场大小：2.45T
磁场方向：水平向左方向
结论：
通过实验，我们成功地测量了磁场的大小和方向，并探索了霍尔效应的基本原理和实验方法。
实验结果表明，磁场可以通过霍尔元件来进行电学测量，这为我们在工程和科学领域中的磁场应用提供了有力的支持。
霍尔效应测磁场实验报告(共7篇)
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。
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用霍尔效应测量磁场分布
霍尔效应是美国科学家霍尔于1879年发现的。
由于它揭示了运动的带电粒子在外磁场中因受洛伦兹力的作用而偏转，从而在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势差的规律，因此该效应在科学技术的许多领域（测量技术、电子技术、自动化技术等）中都有着广泛的用途。
现在霍尔效应产品已经在自动化和信息技术中得到了广泛地应用。
特别是在用计算机进行四遥（遥测、遥控、遥信、遥调）监控的一些现代化设备中，应用磁平衡和磁比例式原理研制的霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和霍尔开关量传感器进行静电（直流）隔离，实现了直流电压高精度的隔离传送和检测，直流电流高精度的隔离检测和监控量越限时准确的隔离报警。
从而在我国引起了许多科技人员对霍尔效应、霍尔元件以及应用霍尔效应的实用知识和
实用技术的关注。
本实验通过研究霍尔电压与工作电流的关系，霍尔电压与磁场的关系以
及消除霍尔效应的副效应的方法，从实验中认识霍尔效应，为在自动检测、自动控制和信息技术中应用霍尔效应打下一个良好的基础。
1897年，霍尔设计了一个根据运动载流子在外磁场中的偏转来确定在导体或半导体中占主导地位的载流子类型的实验。
在研究通有电流的导体在磁场中的受力时，发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为“霍尔效应”。
在半导体材料中，霍尔效应比在金属中大几个数量级，引起人们对它的深入研究。
霍尔效应的研究在半导体理论的发展中起到了重要的推动作用。
直到现在，霍尔效应的研究仍是研究半导体性质的重要实验方法。
利用霍尔系数和导电率的联合测量，可以用来研究半导体的到点机构、散射机构，并可以确定半导体的一些基本参数，如半导体材料的导电类型、载流子浓度、迁移率大小、禁带宽度、杂质电离能等。
【实验目的】
（1）掌握霍尔元件的工作原理。
（2）学习用霍尔元件测量磁场的原理和方法。
（3）学习用霍尔元件测绘载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场分布。
（4）学习用霍尔元件测绘螺线管磁场分布。
【实验原理】
霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。
对于（图15-1）所示的半导体试样，若在X 方向通以电流I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样A 、A '电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H eE 与洛仑兹力eVB 相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有： H eE eVB = （15-1）
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
S I neVbd = （15-2）
由（15-1）、（15-2）两式可得： 1S S H H H I B I B V E b R ne d d
==⋅= （15-3）
即霍尔电压H V （A 、A '电极之间的电压）与S I B 乘积成正比，与试样厚度d 成反比。
比例系数1H R ne
=称为霍尔系数，它是反映材料的霍尔效应强弱的重要参数。
霍尔器件就是利用上述霍尔效应制成的电磁转换元件。
对于成品的霍尔器件，其中H R 和d 已知，因此在实用上就将（15-3）式写成
H H S V K I B = （15-4）
其中H H R K d
=，称为霍尔器件的灵敏度（其值由厂家给出），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。
（15-4）式中的单位取S I 为mA 、B 为KGS
（4110GS T -=），H V 为mV ，则H K 的单位为mV/(mA ⋅KGS)。
根据（15-4）式，因H K 已知，而S I 由实验给出，所以只要测出H V 就可以求得未知磁感应强度B
H H S
V B K I = （15-5） 【实验仪器】
HLD-HRC-II 型霍尔测量磁场综合实验仪
图15-1 半导体样品霍尔效应示意图
1、可调移动尺0-170 mm和霍尔元件组成
2、螺线管和亥姆霍兹线圈
3、霍尔电压、霍尔电流、励磁电流换向开关
【仪器介绍】
主机单元
１、I M电流0-1 A电流输出及显示,主要用于螺线管和亥姆霍兹线圈
２、I S电流0-10 mA电流输出及显示,主要用于霍尔元件工作电流,
３、V H电压0-200 mV电压显示,主要用于霍尔元件测量电压
附件单元
1、可调移动尺0-170 mm和霍尔元件组成
2、螺线管和亥姆霍兹线圈
3、霍尔电压、霍尔电流、励磁电流换向开关
【预习思考题】
1如果磁场不恰好垂直于霍尔片，对测量结果有何影响？
2为什么制备霍尔元件的材料通常是半导体而不是金属？
【注意事项】
1、测绘B→X曲线时，螺线管口附近磁场强度变化大，应多测几点。
2、单线圈、双线圈和螺线管不要长时间通过大电流，以免线圈发热。
3、不要将I M电流输出接入霍尔片上，以免霍尔元件烧坏。
【实验内容与步骤】
注：开机前以及开始任何实验分项前请务必把所有旋钮旋至最小位置。
（一）霍尔及螺线管磁场分布实验
实验前将I S调节旋钮、I M调节旋钮调为零，将电源与附件相连，开机预热10分钟，。
实验一、测V H—I S曲线
将实验装置（霍尔电压、霍尔电流、励磁电流的切换开关，投向“+”），将霍尔元件调在螺线管磁场中心。
I M电流为0.5A，测V H—I S曲线，数据汇入下表中。