实验四 霍尔效应
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。
(整理)实验四霍尔效应
实验四 霍尔效应的验证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.了解霍尔效应的原理，了解其在螺线管中的应用。
2.掌握用霍尔效应法测量磁场的原理,测量长直螺线管轴线上的磁感应强度分布。
3.验证霍尔电势差与励磁电流(磁感应强度)及霍尔元件的工作电流成正比的关系式。
【实验原理】1. 霍尔效应霍尔效应从本质上来讲是运动的带电粒子在磁场中收到洛伦磁力的作用而引起的偏转。
当带点粒子（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在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如图1所示，磁场B 位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x 正向通以电流s I （称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n 型半导体材料），它沿着与电流s I 相反的x 负向运动。
图1 霍尔效应原理图由于洛伦磁力L f 的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于Y 轴负方向的B 侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A 侧形成正电荷积累。
于此同时运动的电子还收到由于两种累计的异种电荷形成的反向电场力E f 的作用，随着电荷的增加，E f 增大，当两力大小相等时，则电子的积累达到动态平衡。
这时在A 、B 两端横面之间建立的电场称为霍尔电场H E ，相应的电势称为霍尔电势H V 。
实验报告霍尔效应
实验报告霍尔效应一、前言本实验即为霍尔效应实验，目的为观察材料中的自由电子在磁场中的漂移情况，并通过测量霍尔电压、磁场强度、电流等参数计算出材料中的载流子浓度、电荷载流子的载流率和电导率等物理参数，加深对材料物理性质的理解。
二、实验原理1. 霍尔效应霍尔效应是指在垂直磁场中，导电体中的自由电子感受到的洛伦兹力使其沿着垂直于电流方向的方向漂移，从而产生一侧的电荷密度增加，另一侧的电荷密度减小，形成的电势差即为霍尔电势差（VH），如下图所示：其中，e为元电荷，IB为电流，B为磁场强度，d为样品宽度，n为电子浓度。
2. 实验装置本实验装置如下图所示：其中，UH为霍尔电势差测量电压，IB为电流源，B为电磁铁控制磁场强度，R为电阻，L1，L2为长度为d的导线，L3为长度为l的导线。
3. 实验步骤（1）将实验装置按照图中所示连接好。
（2）打开电源，调节电流源的电流大小，使其稳定在0.5A左右。
（3）打开电磁铁电源，调节磁场强度大小。
（4）读取测量电压UH值。
（5）更改电流大小、磁场强度等参数进行多次实验重复测量。
三、实验结果通过多次实验测量，我们得到了以下测量数据：IB/A B/T UH/mV0.5 0 00.5 0.1 60.5 0.2 120.5 0.3 180.5 0.4 240.5 0.5 30四、实验分析1. 计算样品电子浓度根据式子：UH=IBBd/ne，可以计算得出样品中电子浓度n，如下表所示：2. 计算材料电导率IB/A B/T UH/mV R/Ω J/A.m^-2 E/V.m^-1 σ/(S.m^-1)0.5 0 0.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.1 6.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.2 12.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.3 18.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.4 24.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.5 30.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+53. 计算电子的载流率通过本实验可以得到如下结论：1. 随着磁场强度的增加，霍尔电势差也随之增加。
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、掌握用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压、霍尔电流等物理量。
二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中（磁场方向垂直于薄片平面），当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上会产生横向电场，这种现象称为霍尔效应。
2、霍尔电压产生的横向电场导致在半导体薄片的两端产生电势差，这个电势差称为霍尔电压＄U_H$。
霍尔电压的大小与通过半导体薄片的电流＄I$、磁场的磁感应强度＄B$ 以及半导体薄片的厚度＄d$ 等因素有关，其关系式为：＄U_H ＝ K_HIB$其中，＄K_H$ 为霍尔元件的灵敏度。
3、磁场的测量若已知霍尔元件的灵敏度＄K_H$，通过测量霍尔电压＄U_H$ 和霍尔电流＄I$，就可以计算出磁感应强度＄B$，即：＄B ＝＼frac{U_H}｛K_HI}＄三、实验仪器霍尔效应实验仪、特斯拉计、直流电源、毫安表、伏特表等。
四、实验内容及步骤1、仪器连接按照实验仪器说明书，将霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表等正确连接。
2、调节磁场使用特斯拉计测量磁场强度，并调节磁场至所需的值。
3、测量霍尔电压（1）保持磁场不变，改变霍尔电流，测量不同霍尔电流下的霍尔电压。
（2）保持霍尔电流不变，改变磁场强度，测量不同磁场强度下的霍尔电压。
4、数据记录将测量得到的霍尔电压、霍尔电流、磁场强度等数据记录在表格中。
五、实验数据处理1、以霍尔电流为横坐标，霍尔电压为纵坐标，绘制霍尔电压与霍尔电流的关系曲线。
2、分析曲线的线性关系，计算霍尔元件的灵敏度＄K_H$。
3、根据测量得到的霍尔电压和已知的霍尔电流、霍尔元件灵敏度，计算磁场的磁感应强度＄B$。
六、实验误差分析1、系统误差（1）霍尔元件的制作工艺和材料不均匀可能导致霍尔系数存在误差。
（2）测量仪器的精度有限，如直流电源的输出稳定性、电表的测量精度等。
2、随机误差（1）实验操作过程中的读数误差，如电表读数的不确定性。
实验四霍耳式传感器静态位移测量
实验四 霍耳式传感器静态位移测量一、实验目的了解霍耳式传感器的工作原理和工作情况。
二、实验原理1、霍尔效应金属或半导体薄片，若在它的两端通过控制电流I ，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B 的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势H U ，这种现象称为霍尔效应。
产生的电动势称为霍尔电动势或霍尔电势H U ，该金属或半导体薄片称为霍尔元件。
霍尔电势大小表示为：H H R IBU d=H R ——霍尔常数（1H R ne=） d ——霍尔元件的厚度令H H RK d=，则：H H U R IB =可见霍尔电动势的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B 的乘积。
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑磁力作用的结果。
当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电动势的方向也将改变；但当 磁场与电流的方向同时改变时，霍尔电动势并不改变原来的方向。
磁场的梯度越大测量的灵敏度越高，沿霍尔元件移动方向的磁场梯度越均 匀，霍尔电势与位移的关系越接近线性。
2、直流、交流激励下霍尔传感器的位移特性霍尔传感器是由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔 元件—霍尔片通过底座与被测振动台相连。
当霍尔片通以恒定电流时，霍尔元件 就有电压输出。
改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上、下移动，输出的 霍尔电势 V 值取决于其在磁场中的位移量 Y 。
交流激励霍尔元件与直流激励基 本原理相同，不同之处是测量电路。
3、霍尔位移传感器的振幅测量利用霍尔式位移传感器测量动态参数与测量位移的原理相同4、霍尔位移传感器称重实验利用霍尔式位移传感器和振动台加载时悬臂梁产生位移，通过测位移来称 重。
5、霍尔测速传感器的转速测量利用霍尔效应表达式：UH=KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化 N 次。
每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
三、所需单元和部件霍耳式传感器、直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微器、V/F 表有关旋钮的初始位置：直流稳压电源输出置于 0V 档，V/F 表置于V表20V档, 差动放大器增益旋钮置于中间。
霍尔效应实验报告优秀4篇
霍尔效应实验报告优秀4篇实验四霍尔效应篇一实验原理1．液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。
TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃（1埃＝10-10米），直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。
上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。
然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。
理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。
取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下，来自光源的'自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。
这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。
在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。
于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。
从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。
这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。
由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。
实验报告 霍尔效应
实验报告霍尔效应一、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、电流等物理量。
二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中，当在薄片的纵向通以电流时，在薄片的横向两侧会产生一个电位差，这种现象称为霍尔效应。
这个电位差称为霍尔电压，用＄U_H$ 表示。
霍尔电压的产生是由于运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在薄片的两侧积累了正负电荷，从而形成了电场。
当电场力与洛伦兹力达到平衡时，电荷的积累停止，霍尔电压达到稳定值。
2、霍尔电压的计算设半导体薄片的厚度为＄d$，载流子的浓度为＄n$，电流为＄I$，磁感应强度为＄B$，则霍尔电压＄U_H$ 可以表示为：＼U_H ＝＼frac{1}｛nq}IBd\其中，＄q$ 为载流子的电荷量。
3、测量磁场如果已知半导体薄片的参数（如载流子浓度＄n$、薄片厚度＄d$）以及通过的电流＄I$，测量出霍尔电压＄U_H$，就可以计算出磁感应强度＄B$：＼B ＝＼frac{nqdU_H}｛I}＼三、实验仪器1、霍尔效应实验仪，包括霍尔元件、电磁铁、电源、电压表、电流表等。
2、特斯拉计，用于测量磁场强度。
四、实验步骤1、连接实验仪器按照实验电路图连接好霍尔效应实验仪的各个部分，确保连接正确无误。
2、调整磁场打开电磁铁电源，逐渐增加电流，使磁场强度逐渐增大。
使用特斯拉计测量磁场强度，并记录下来。
3、测量霍尔电压（1）保持磁场强度不变，改变通过霍尔元件的电流＄I$，分别测量不同电流下的霍尔电压＄U_H$，记录数据。
（2）保持电流＄I$ 不变，改变磁场强度，测量不同磁场强度下的霍尔电压＄U_H$，记录数据。
4、数据处理（1）根据测量的数据，绘制霍尔电压＄U_H$ 与电流＄I$ 的关系曲线。
（2）绘制霍尔电压＄U_H$ 与磁场强度＄B$ 的关系曲线。
（3）根据实验原理中的公式，计算出半导体薄片的载流子浓度＄n$ 和薄片厚度＄d$。
实验四霍尔法测磁场【实验目的】1掌握霍尔元件的工作原理。2学习
实验四霍尔法测磁场【实验目的】1掌握霍尔元件的工作原理。
2学习实验四霍尔法测磁场【实验目的】1. 掌握霍尔元件的工作原理。
2. 学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
3. 掌握螺线管内磁感应强度与位置之间的关系。
4. 掌握螺线管内磁感应强度与通电电流强度间的关系。
【实验仪器】螺线管磁场测试仪、长直螺线管磁场装置、双刀换向开关、稳压电源、导线等【实验原理】霍尔元件是一块矩型半导体薄片,设其长为L 宽为b,厚为 d,放入磁场中,磁场方向与薄片垂直。
在半导体薄片上沿垂直于磁场B的方向通以恒定电流Is,这时磁场对半导体片中定向迁移的载流子(电子或空穴)就有洛伦兹力的作用。
设载流子的电荷为q,漂移速度为ν,则洛伦兹力的大小及方向可以写为在洛伦兹力的作用下,载流子的运动方向发生偏转,使电荷在半导体片的相对两侧面 P及Q上聚集起来,两侧面之间将出现电势差UH,即霍尔电压。
在霍尔效应中,载流子在薄片侧面的聚集不会无限的进行下去,因为侧面聚集的电荷在薄片中形成横向电场。
设电场强度为E,方向由C 指向H ,此电场对载流子的作用力大小为可以看出,电场力的方向与洛伦兹力的方向相反。
当两力达到平衡状态,在半导体片中形成一个稳定的电场。
此时半导体片中的横向电场强度为两侧面的霍尔电压也达到一稳定值设n为半导体片中载流子浓度,则可以得到RH称为霍尔系数,单位为毫伏? 毫米/毫安? 千高斯(mV ? mm/mA? kGS)。
KH称为霍尔元件的灵敏度,其单位是毫伏/ 毫安? 千高斯mV/mA ? kGS 。
? 应该指出上式是在假定理想情形下得到的。
实际测量时测得的值并不只是UH,还包括了其它因素带来的附加电压,因而根据UH计算出的磁感应强度B也不准确。
主要的附加电压是由于电极位置不对称产生的电势差(不等位电势):因为制作霍尔元件时很难使A,A′两点在同一等位面上,因此即使不加磁场,只要有电流Is通过,就有电势差U0产生,U0IsR(R是A,A′所在的两个等势面之间的电阻),U0的正负与流过霍尔片的电流Is的方向有关,与磁场无关。
霍尔效应实验报告
霍尔效应实验报告霍尔效应实验⼀、实验⽬的1．霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作⽤2．测绘霍尔元件的VH —Is，VH—I M曲线，了解霍尔电势差VH与霍尔元件⼯作电流Is，磁场应强度B及励磁电流IM之间的关系。
3．学习利⽤霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。
4．学习⽤“对称交换测量法”消除负效应产⽣的系统误差。
⼆、实验仪器霍尔效应实验仪和测试仪三、实验原理运动的带电粒⼦在磁场中受洛仑兹⼒的作⽤⽽引起偏转，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在不同侧的聚积，从⽽形成附加的横向电场（霍尔电场），这就是霍尔效应的本质。
由于产⽣霍尔效应的同时，伴随多种副效应，以致实测的霍尔电场间电压不等于真实的VH值，因此必需设法消除。
根据副效应产⽣的机理，采⽤电流和磁场换向的对称测量法基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。
具体的做法是Is和B（即I M）的⼤⼩不变，并在设定电流和磁场的正反⽅向后，依次测量由下⾯四组不同⽅向的Is和B（即I M）时的V1，V2，V3，V4，1）+I s+B V12）+I s-B V23）-I s-B V34）-I s+B V4然后求它们的代数平均值，可得：44 32 1V VVVVH-+-=通过对称测量法求得的VH误差很⼩。
四、实验步骤1.测量霍尔电压VH与⼯作电流Is的关系1）先将Is，I M都调零，调节中间的霍尔电压表，使其显⽰为0mV。
2）将霍尔元件移⾄线圈中⼼，调节IM =0.45A，按表中所⽰进⾏调节，测量当I M正(反)向时, I S正向和反向时的V H值填⼊表1，做出VH -IS曲线。
表1 VH-IS 关系测量表 IM =0.45A2．测量霍尔电压V H与励磁电流I M的关系1）先将Is调节⾄4.50mA。
2）调节励磁电流I M如表2，分别测量霍尔电压V H值填⼊表2中。
3）根据表2中所测得的数据，绘出I M—V H曲线表2 V H—I M关系测量表I S =4.50mA五、实验结论1、当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增加⽽增加，通过作图发现⼆者之间也满⾜线性关系。
实验四霍尔效应
实验四 霍尔效应一.实验目的1.认识霍尔效应，理解产生霍尔效应的机理。
2.测绘霍尔元件的、曲线，了解霍尔电势差与霍尔元件工作电流、H S V I -H M V I -H V S I 磁感应强度B 及励磁电流之间的关系。
M I 3.学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统。
二.实验原理1．霍尔效应法测量磁场原理一块长方形金属薄片或者半导体薄片，若在某方向上通入电流I S ,在其垂直方向上加一磁场B ，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电位差V H ，这个现象称为霍尔效应。
V H 称为霍尔电压。
它们之间有如下关系：dB I R V S HH =上式中，R H 称为霍尔系数，d 是薄片的厚度。
霍尔电压的产生可以用洛仑兹力来解释。
如图4-1所示，半导体块的厚度为d 、宽度为b ，各种物理量的方向如图上所示，则自由电子以平均速度v 沿x 轴负方向作定向运动，所受洛仑兹力为Bev F B ⨯=在此力的作用下自由电子向板的侧端面聚集，同时在另一个侧端面上出现同样的正电荷。
这样就形成了一个沿y 方向的横向电场，使自由电子同时也受到电场力F E 的作用，即：beV eE F H E /==最后在平衡状态下，有：F B =F E ，即evB=eV H /b ，化简得到：V H =vBb（1）设块体内的载流子浓度n ，则电流I S 与载流子平均速v 的关系为： （2） dbneI v S=将上式代入（1）得： 或者（3）nedBI V S H =B I K V S H H =其中，K H 为霍尔元件的灵敏度。
单位是V/(A·T)。
2、霍尔电压的V H 测量方法(实验中的副效应)在产生霍尔效应的同时，也伴随着各种副效应，所以实验测量的V H 不是真实的霍尔电压值。
因为测量霍尔电压的电极A 和A΄的位置难以做到在一个理想的等势面上，如图4-2所示：因此，当有电流流过样品时，即使不加磁场也会产生附加电压,其中R 为O S V I R =A 和A΄的两个等势面之间的电阻，V O 的符号只与电流的方向有关，与磁场的方向无关。
【实验报告】霍尔效应实验报告
【实验报告】霍尔效应实验报告一、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，测量霍尔电压和电流等相关物理量。
二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。
假设在一块矩形半导体薄片（通常为 N 型半导体）上沿 X 方向通以电流 I，在 Z 方向加上磁场 B，那么在 Y 方向上就会产生电势差 UH，这个电势差称为霍尔电压。
霍尔电压 UH 的大小与电流 I、磁感应强度 B 以及半导体薄片的厚度 d 等因素有关，其关系式为：UH ＝ KHIB/d ，其中 KH 称为霍尔系数。
三、实验仪器1、霍尔效应实验仪：包括霍尔元件、励磁线圈、测量电路等。
2、直流电源：提供稳定的电流和电压输出。
3、数字电压表：用于测量霍尔电压和励磁电流等。
四、实验步骤1、连接实验仪器将霍尔元件安装在实验仪的相应位置，并连接好测量电路。
接通直流电源，确保电源输出稳定。
2、测量霍尔电压调节励磁电流 IM，使其达到一定的值。
改变工作电流 IS 的大小和方向，分别测量相应的霍尔电压 UH 。
3、测量励磁电流与磁感应强度的关系保持工作电流 IS 不变，逐步增大励磁电流 IM ，测量不同 IM 对应的霍尔电压 UH 。
4、数据记录与处理将测量得到的数据记录在表格中。
根据实验数据，绘制 UH IS 曲线和 UH IM 曲线。
五、实验数据及处理以下是实验中测量得到的数据记录表格：｜工作电流 IS（mA）｜霍尔电压 UH（mV）（＋IS）｜霍尔电压 UH（mV）（IS）｜平均霍尔电压 UH（mV）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 100 ｜ 256 ｜－258 ｜ 257 ｜｜ 200 ｜ 512 ｜－510 ｜ 511 ｜｜ 300 ｜ 768 ｜－770 ｜ 769 ｜｜ 400 ｜ 1024 ｜－1026 ｜ 1025 ｜｜励磁电流 IM（A）｜霍尔电压 UH（mV）｜｜：：｜：：｜｜ 020 ｜ 128 ｜｜ 040 ｜ 256 ｜｜ 060 ｜ 384 ｜｜ 080 ｜ 512 ｜根据上述数据，绘制 UH IS 曲线和 UH IM 曲线。
大学物理实验-霍尔效应
实验结论与意义
根据实验结果和讨论，总结实验 结论，并阐述实验在物理学科中 的意义和应用价值。
05 结论
实验结论总结
霍尔效应的发现
通过实验，我们成功观察到了霍尔效应，即在磁场的作用下，导 体中产生横向电势差的现象。
霍尔系数与载流子类型
实验中，我们通过测量霍尔系数，推断出导体中的载流子类型为负 电荷。
拓展应用领域
霍尔效应不仅在基础研究中具有重要意义，还可以应用于 实际生产和生活领域。未来可以进一步拓展其应用范围， 如磁场传感器、磁记录技术等。
06 参考文献
参考文献
01
总结词：深入理解
02
详细描述：霍尔效应的原理是当电流在磁场中流动时，会在导体中产生一个横 向的电位差，这种现象被称为霍尔效应。这个原理是大学物理实验中非常重要 的知识点，有助于深入理解电磁场和电流的相互作用。
磁场对霍尔效应的影响
实验结果显示，随着磁场强度的增加，霍尔电势差也相应增大，表 明磁场对霍尔效应具有显著影响。
实验对理论的意义
验证霍尔效应理论
通过实验，我们验证了霍尔效应理论的正确性，即当磁场作用在导 体上时，导体中会产生横向电势差。
加深对载流子理解
实验结果有助于我们进一步理解载流子的行为和性质，以及它们在 导体中的运动规律。
包括电源、电流表、电压表、 霍尔元件等。
磁场发生器
提供恒定磁场，用于观察霍尔 效应。
测量支架
固定和调整霍尔元件位置。
实验导线
连接电源、测量仪表和实验元 件。
实验操作流程
安装霍尔元件
将霍尔元件放置在测量支架上， 调整位置使其与磁场发生器平 行。
开始实验
开启电源，调整磁场发生器， 观察霍尔元件在不同磁场强度 下的表现。
霍尔效应实验报告(共8篇)
篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vhis，vhim曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、励磁电流im之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。
4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应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在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。
由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。
随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。
这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。
设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为 feeehevh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，flfe vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为isne （2）由（1），（2）两式可得 vhehlib1isbrhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh/ （4）式中为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。
实验四 霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移
实验四霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。
2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制试样的VH－IS和VH－IM 曲线。
3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
二、实验原理置于磁场中的半导体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。
随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
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，而且随着电子技术的发展，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。
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，将有更广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
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。
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，即霍尔电场。
对于图（1）（a）所示的N型半导体试样，若在X方向的电极D、E上通以电流Is，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力：（1）其中e为载流子（电子）电量，为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B为磁感应强度。
（a）（b）图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg的方向均沿Y方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在Y方向即试样A、A´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A、A´两侧产生一个电位差VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A´称为霍尔电极。
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。
霍尔效应实验报告KH(共8篇)
篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、励磁电流im之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。
4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应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在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。
由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。
随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。
这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。
设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度图片已关闭显示，点此查看当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2）由（1），（2）两式可得 vh?ehl?ib1isb?rhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh?1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh??/???? （4）式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。
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实验四 霍尔效应
一.实验目的
1. 认识霍尔效应，理解产生霍尔效应的机理。
2. 测绘霍尔元件的H S V I -、H M V I -曲线，了解霍尔电势差H V 与霍尔元件工作电流S I 、磁
感应强度B 及励磁电流M I 之间的关系。
3. 学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统。
二.实验原理
1．霍尔效应法测量磁场原理
一块长方形金属薄片或者半导体薄片，若在某方向上通入电流I S ,在其垂直方向上加一磁场B ，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电位差V H ，这个现象称为霍尔效应。
V H 称为霍尔电压。
它们之间有如下关系：d
B I R V S H
H =
上式中，R H 称为霍尔系数，d 是薄片的厚度。
霍尔电压的产生可以用洛仑兹力来解释。
如图4-1所示，半导体块的厚度为d 、宽度为b ，各种物理量的方向如图上所示，则自由电子以平均速度v 沿x 轴负方向作定向运动，所受洛仑兹力为 B ev F B ⨯=
在此力的作用下自由电子向板的侧端面聚集，同时在另一个侧端面上出现同样的正电荷。
这样就形成了一个沿y 方向的横向电场，使自由电子同时也受到电场力F E 的作用，即：
b eV eE F H E /==
最后在平衡状态下，有：F B =F E ，即 evB=eV H /b ，化简得到：V H =vBb （1） 设块体内的载流子浓度n ，则电流I S 与载流子平均速v 的关系为：dbne
I v S =
（2）
将上式代入（1）得：ned
B I V S H =
或者B I K
V S H
H = （3）
其中，K H 为霍尔元件的灵敏度。
单位是V/(A ·T)。
2、 霍尔电压的V H 测量方法(实验中的副效应)
在产生霍尔效应的同时，也伴随着各种副效应，所以实验测量的V H 不是真实的霍尔电压值。
因为测量霍尔电压的电极A 和A ΄的位置难以做到在一个理想的等势面上，如图4-2所示：
因此，当有电流流过样品时，即使不加磁场也会产生附加电压O S V I R =,其中R 为A 和A ΄的两个等势面之间的电阻，V O 的符号只与电流的方向有关，与磁场的方向无关。
可以通过改变I S 和B 的方向消除V O 。
除副效应V O 外，还有热效应、热磁效应等，不过这些效应除个别外，均可以通过改变I S 和B 的方向消除。
对霍尔电压V H 的处理。
在规定了电流和磁场的正反方向后，分别测量由以下四组不同反方向的I S 和B 的组合的V H ，即：
则： 4
4
321V V V V V H -+-=
（4）
这种测量V H 的方法称为“对称测量法”，求得的V H ，虽然还存在个别无法消除的副效应，
图4-2 副效应
但其引入的误差很小，可以忽略不计（详见附录分析）。
二.实验仪器使用说明
1.仪器的组成
图4-3 仪器主机示意
本仪器由励磁恒流元I M、样品工作恒流元I S、数字电流表、数字电压表、霍尔效应实验装置等组成。
仪器主机面板分布如图一所示。
主机面板分布说明：
（1）I M恒流源
在面板的右侧，红黑接线柱分别表示该电源的输入和输出。
右侧的数字表显示IM的电流值。
单位：安培
（2）I S恒流源
在面板的中侧，红黑接线柱分别表示该电源的输入和输出。
中间的数字表显示IS的电流值。
单位：毫安
（3）V H输入
在面板的左侧，红黑接线柱分别为该V H测量输入端的正负极性。
左侧的数字表显示V H的电压值。
单位：毫伏
（4）“200mV”和“20mV”转换开关，此开关为量程转换开关。
2. 实验平台
（1）主机上的“V H输入”、“”和“”分别对应实验平台上的“霍尔电压”、“工作电压”和“励磁电流”。
注意：千万不要将I M和I S接错，否则I M电流将可能烧坏霍尔样品。
（2）仪器开机之前，先将“I S 调节”和“I M 调节”旋钮逆时针旋到底，使I S 输出和I M 输出均为最小。
（3）仪器接通电源后，预热五分钟。
将电压测量量程转换开关拨置“20mA ”档，然后将 电压测量输入短路，调整调零电位器使电压指示为零。
（4）“I S 调节”“ I M 调节”两旋钮分别用来控制样品的工作电流和励磁电流的大小，其电流值随旋钮顺时针方向的转动而增加，调节精度分别为“10μA ”和“1mA ”。
（5）仪器关机之前，先将“I S 调节”和“I M 调节”旋钮逆时针旋到底，然后切断电源。
三.实验内容
1. 霍尔效应的输出特性测量
（1） 按图示连接好仪器。
（2） 调节霍尔效应元件探杆支架的X 、Y 方向的旋钮，慢慢的将霍尔效应元件移到励
磁线圈的中心位置。
（3） 测绘V H -I S 曲线
取I M =0.800A ，并在测量过程中保持不变。
依次按照表4-1所列数据调节I S ，测出相应的V 1、V 2、V 3、V 4值，记入表4-1并绘制V H -I S 曲线。
根据（3）式它们应该成正比。
霍尔元件
图4-4 测试平台
表4-1 I M=0.800A
(4) 测绘V H-I M曲线
取I S＝8.00mA，并在测试过程中保持不变。
依次按照表4-2所列数据调节I M，测出相应的V1、V2、V3、V4值，记入表4-2并绘制V H-I M曲线。
根据（3）式它们应该成正比。
表4-2 I S=8.00mA
2.测绘励磁线圈轴线上磁感应强度的分布
取I M=0.800A，I S=8.00mA，并在测试过程中保持不变。
以相距励磁线圈两端口等远的中心位置为坐标原点建立坐标（如下图所示），调节“Y方向调节螺丝”旋钮，改变霍尔元件的位置y，对称的选取10个点，按对称法测出各相应位置的V1、V2、V3、V4，并计算V H及B的值。
绘制B-y曲线。
图4-5 励磁线圈上建立坐标
表4-3：励磁线圈y方向的磁感应强度
四.思考题
1．对称测量法能否完全消除副效应影响？你能想出更好的实验方法吗？
2．霍尔元件通以交变电流时如何测量所产生的霍尔电压？
3．如何根据霍尔电压的正负来判别半导体材料的导电类型？
附：霍尔效应的副效应及其消除（参照图4-2）
（1）电极位置不对称产生的电压降U0：在制备霍尔样品时，y方向的测量电极很难做到处于理想的等位面上，即使在未加磁场时，在A A'两电极间也存在一个由于不等位电势引起的欧姆压降U0，U0方向只与I S方向有关。
（2）爱廷豪森（Ettinghausen）效应：处于磁场中的霍尔元件通以电流时，由于载流子迁移速度的不同，它们在磁场中受到的洛仑兹力也不相同，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆轨道运动；速度小的则绕小圆轨道运动。
这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较高的能量而形成温度梯度，从而形成温差电压U E。
这就是爱廷豪森效应。
U E的大小与I、B的乘积
成正比，随I 、B 的换向而改变正负极性。
（3）能斯托（Nernst ）效应：霍尔元件电流引线端焊接点的接触电阻往往是不同的。
当有电流通过时，两焊点之间产生温差，形成热扩散电流，于是在磁场的作用下，产生附加电压U N ，U N 的正负取决于磁场B 的方向。
（4）里纪-勒杜克（Righi-Ledue ）效应：上述热扩散电流载流子的迁移速率是不相同的，在磁场的作用下产生类同于爱廷豪森效应的附加温差电动势U RL ，这一效应称里纪-勒杜克效应，U RL 的方向只与B 的方向有关。
上述4种副效应产生的附加电压叠加在霍尔电压上，形成测量中的系统误差来源，测量时应设法减小或消除。
由于副效应引起的附加电压的正负与电流和磁场的方向有关，因此测量时通过改变电流和磁场的方向基本上可以消除这些附加误差的影响。
具体可按下面4种组合方式测量霍尔元件上下两端的电压：
1H E N R L 02H E N R L 03H E N R L 04H E N R L 0
,,,,B I U U U U U U B I U U U U U U B I U U U U U U B I
U U U U U U ++=+++++-=--++---=+----+=----+
由上述4组测量结果可得：H 1234/4E U U U U U U =-+--（）
U E 比U H 小得多，可略去不计，于是霍尔电压为：H 1234/4U U U U U =-+-（）。