通电螺线管中的磁场(大学物理实验)
12.3通电螺线管的磁场
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二、通电螺线管周围的磁场
学生实验：探究通电螺线管外部磁场的方向
问题与猜想：
通电导线周围的磁场方向与通电电流的方向有关，通电螺线管周围的磁
场方向是否也与通电电流的方向有关？
电流方向
电流方向
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二、通电螺线管周围的磁场
学生实验：探究通电螺线管外部磁场的方向
设计实验： 1.用铜导线穿过一块硬板绕成螺线管（螺线管内可放入小磁针）， 将小磁针放在硬板的不同位置，然后给螺线管通电，分别记录下 小磁针在各个位置静止时N极的指向。
1820年丹麦物理学家奥斯特 终于用实验证实通电导体的 周围存在着磁场，成为揭示 电与磁之间联系的第一人。
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一、电流的磁效应
实验
如图所示，闭合开关，当电流通过导线（导线需南北方向放置）时， 观察小磁针的偏转情况；断开开关，观察小磁针的偏转情况；将电 源的正、负极对调，闭合开关，当电流通过导线时，观察小磁针的
偏转情况。
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一、电流的磁效应
当导线通电时，可看到小磁针的指向发生了偏转，这说明导线中 的电流在周围的空间产生了磁场。断开开关后，小磁针回到原位。 改变电流的方向，小磁针的偏转方向也会改变，这说明电流产生 的磁场方向跟电流的方向有关。
通电
断电
改变电流方向
通电导线周围存在磁场，这一现象叫做电流的磁效应。
新知学习向
设计实验： 改变电流的方向，观察小磁针的偏转情况。
N
S
S
N
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二、通电螺线管周围的磁场
学生实验：探究通电螺线管外部磁场的方向
设计实验： 2.在硬板上均匀地撒上一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击硬板， 观察铁屑地排列情况
实验26—探究通电螺线管磁性强弱的影响因素实验(解析版)
实验二十六、探究通电螺线管磁性强弱的影响因素实验剖析【实验目的】探究影响通电螺线管磁性强弱的因素。
【实验器材】电源、滑动变阻器、导线若干、电磁铁、大头钉、开关、铁钉若干。
【实验方法】①控制变量法：②转换法：通过比较螺线管吸引大头针的多少反映磁性的强弱。
【实验原理】电流的磁效应【实验猜想】①磁性强弱与线圈的匝数有关系②磁性强弱与电流有关系③磁性强弱与有无铁芯有关系【实验步骡（一）探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系方案：保持铁芯、线圈匝数不变，改变通过电磁铁的电流大小，观察电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
现象：增大电流，电磁铁吸引的大头针数目增多.结论：铁芯、线圈匝数不变时，通过电磁铁的电流越越大，，电磁铁的磁性越强.电磁铁磁性强弱与电流大小有关.（二）探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系方案：保持电流、铁芯不变，改变线圈的匝数，观察电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
现象：线圈匝数越多，电磁铁吸引的大头针数H增多.结论：当电流和铁芯不变时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强.电磁铁磁性强弱与线圈的匝数有关.（三）探究通电螺线管的磁性强弱与有无铁芯的关系方案：保持电流、线圈匝数不变，比较不插入铁芯和插入铁芯时,观察电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
数据记录：现象：插入铁芯后，通电螺线管吸引的大头针数H增多.结论：当电流和线圈面数不变时，插入铁芯，通电螺线管磁性大大增强.电磁铁磁性强弱与线圈的匝数有关. 【实验结论】①磁性强弱与线圈的匝数有关系：当电流和铁芯不变时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强.②磁性强弱与电流有关系：铁芯、线圈匝数不变时，通过电磁铁的电流越越大，，电磁铁的磁性越强.③磁性强弱与有无铁芯有关系：当电流和线圈匝数不变时，插入铁芯，通电螺线管磁性大大增强.【考点方向】1、电磁铁的优点：电磁铁磁性有无，可用电流的通断来控制电磁铁磁性强弱，可用改变电流的大小来控制电磁铁的极性变换，可用改变电流的方向来实现。
霍耳效应--螺线管磁场的测定
图2 霍耳元件南宁师范大学 物理与电子工程学院 LJY 整理实验十八 霍耳效应一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法；3.精确测量通电螺线管磁场分布。
二、实验原理霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片，且磁场B 垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦兹力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b 之间电荷聚集形成横向电场（即霍耳电场），由此产生电势差，这种现象称为霍耳效应。
在与电流I、磁场B 垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用U H 表示。
霍耳效应的数学表达式为：IB K IB dR U H HH ==((1) 其中R H 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。
B 为磁感应强度，I 为流过霍耳元件的电流强度，K H 称为霍耳元件灵敏度。
横向电场力e f 随电荷积累增多而增大，当达到恒定状态时，电场力与洛伦兹力达到平衡，B e f f =，霍耳元件两侧电荷的积累就达到平衡，故有：LU eevB H=。
式中L 是霍耳元件长度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
图3 95A 型集成霍耳元件内部结构图当螺线管内有磁场且集成霍耳传感器在标准工作电流时，与(1)式相似，由(1)式可得：KU KU B '=-=)500.2( 式中U 为集成霍耳传感器的输出电压，K 为该传感器的灵敏度，U '经用2.500V 外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值(仪器用mV 档读数)。
三、实验仪器ICH-2新型螺线管磁场测定仪由集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源0—0.500A；直流稳压电源输出二档(2.4V—2.6V 和4.8V—5.2V)；四位半数字电压表(19.999V 和1999.9mV 二档)；导线若干组成。
螺线管磁场测定实验
磁力线是平行于轴线的直线系，渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其 内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的， 仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降， 呈 现明显的不均匀性。 根据上面理论计算， 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。 四三、实验内容 1．霍尔元件输出特性测量 A． 仔细阅读本实验仪使用说明书后， 按图 5-4 连接 THQDX-1 电磁学实验装置上 10mA 恒流源、直流毫伏表、1A 恒流源和实验仪之间相对应的 Is、VH 和 IM 各组连线，Is 及 IM 换 向开关投向上方， 表明 Is 及 IM 均为正值 （即 Is 沿 X 方向， B 沿 Z 方向） ， 反之为负值。 VH、 Vσ切换开关投向上方测 VH，投向下方测 Vσ。经教师检查后方可开启测试仪的电源。 注意： 图 5-3 中虚线所示的部分线路即样品各电极及线包引线与对应的双刀开关之间连线已 由制造厂家连接好。 必须强调指出：决不允许将 THQDX-1 电磁学实验装置上的“1A 恒流源”误接到实验仪的 “Is 输入”或“VH 输出” 处，否则一旦通电，霍尔元件即遭损坏！
( 1 2 1 L ) ( D )2 2 2
式中 D 为长直螺线管直径，L 为螺线管长度。 磁感应强度为最大，且等于
1
BO = μ0NI 2 M(
1 L 2 1 1+ ( L )2 ( D )2 2 2
1 1) ( L )2 ( D )2 2 2
1 L 2
=μ0NIM
（11） L D2 由于本实验仪所用的长直螺线管满足 L>>D，则近似认为 BO =μ0 NIM
实验四
螺线管磁场测定实验
霍尔效应法测定螺线管轴向磁感应强度分布 置于磁场中的载流体， 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。 一、实验目的 1．掌握测试霍尔元件的工作特性。 2．学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。 3．学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。 二、实验设备 1．QX-2 螺线管磁场实验仪 2．THQDX-1 电磁学实验装置上的 1A 恒流源、10mA 恒流源、直流毫伏表 三、实验原理 1．霍尔效应法测量磁场原理 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 5-1（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
螺线管磁场测定
螺线管磁场测定本实验仪用集成霍耳传感器测量通电螺线管内直流电流与霍耳传感器输出电压之间关系，证明霍耳电势差与螺线管内磁感应强度成正比，了解和熟悉霍耳效应的重要物理规律；用通电长直螺线管中心点磁感应强度理论计算值作为标准值来校准集成霍耳传感器的灵敏度；熟悉集成霍耳传感器的特性和应用；用该集成霍耳传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置的关系图。
从而学会用集成霍耳元件测量磁感应强度的方法。
一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法。
3.精确测量通电螺线管磁场分布，二、实验原理霍耳元件的作用（如右图2所Array示）：若电流I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦茨力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差，图2 霍耳元件这种现象称为霍耳效应。
在与电流I、磁场B垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用U H 表示。
霍耳效应的数学表达式为：IB K IB dR U H HH ==)((1) 其中R H 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。
B 为磁感应强度，I 为流过霍耳元件的电流强度，K H 称为霍耳元件灵敏度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。
本实验采用SS95A 型集成霍耳传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍耳传感器，它由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。
测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。
对SS95A 型集成霍耳传感器，它由三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。
其中“V +”和“V -”构成“电流输入端”，“V out ”和“V -”构成“电压输出端”。
关于磁体实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在探究磁体的基本性质，包括磁体的磁场分布、磁极的相互作用、磁场的方向以及磁体的磁性变化等。
通过实验，加深对磁学基础知识的理解，培养实验操作技能和科学思维。
二、实验器材1. 螺线管2. 塑料板3. 小磁针4. 铁屑5. 电池6. 开关7. 导线三、实验内容与步骤1. 探究通电螺线管的磁场分布（1）了解螺线管磁场演示仪的构造和线圈位置。
（2）闭合开关，将螺线管通电，用手轻敲击塑料板，观察铁屑的分布。
（3）分析铁屑分布情况，得出通电螺线管周围磁场分布特点。
2. 磁极相互作用实验（1）将两个磁铁的N极和S极分别靠近，观察相互作用现象。
（2）记录磁铁相互作用的结果，分析磁极间的相互作用规律。
3. 磁场方向实验（1）将小磁针放入通电螺线管内部，观察小磁针的指向。
（2）分析小磁针指向，得出通电螺线管内部磁场方向。
4. 磁性变化实验（1）改变电流方向，观察通电螺线管内部磁场方向的变化。
（2）分析电流方向与磁场方向的关系，得出电磁铁的磁极极性与电流方向的关系。
四、实验结果与分析1. 通电螺线管周围磁场分布实验结果显示，通电螺线管周围的铁屑会被磁化，形成一定的磁场分布。
根据铁屑受力转动后的分布情况，可以得出通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似。
2. 磁极相互作用实验结果显示，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
这符合磁极间相互作用的规律。
3. 磁场方向实验结果显示，通电螺线管内部的磁场方向与电流方向有关。
根据安培定则，用右手握住螺线管，弯曲的四指所指的方向是电流的方向，大拇指所指的那端是螺线管的N极。
4. 磁性变化实验结果显示，改变电流方向，通电螺线管内部磁场方向也发生改变。
这表明电磁铁的磁极极性与电流方向有关。
五、实验结论1. 通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似。
2. 磁极间相互作用规律为同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
3. 通电螺线管内部的磁场方向与电流方向有关，符合安培定则。
用霍尔效应测量螺线管磁场实验报告(空)
华 南 师 范 大 学学院 普通物理 实验报告 年级 专业 实验日期 2011 年 月 姓名 教师评定 实验题目 用霍尔效应测量螺线管磁场用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法。
一、实验目的1．了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。
2．学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。
二、实验原理图1所示的是长直螺线管的磁力线分布，有图可知，其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系，渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的，仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降，呈现明显的不均匀性。
根据电磁学毕奥－萨伐尔)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 22M DL I N B +••μ=中心 （1）理论计算可得，长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁感应强度的1/2：22M D L I N 21B 21B +••μ•==中心端面 （2）式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率μ0=4π×10-7(T·m/A)，N 为螺线管的总匝数，I M 为螺线管的励磁电流，L 为螺线管的长度，D 为螺线管的平均直径。
附加电势差的消除应该说明，在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应（见附录），以致实验测得的电压并不等于真实的V H 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，具体的做法是Is 和B (即l M )的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A 、A′两点之间的电压V 1、 V 2、V 2、和V 4，即+Is +B V 1 +Is -B V 2 -Is -B V 3 -Is +B V 4然后求上述四组数据V 1、V 2、V 3和V 4 绝对值的平均值，可得：44321V V V V V +++= （3） 通过对称测量法求得的V H ，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以略而不计。
电流的磁场第1课时奥斯特实验通电螺线管的磁场教案新版
物理备课大师 【全免费】第 1 课时奥斯特实验通电螺线管的磁场【教课目的】一、知识与技术1.认识电流的磁效应，初步认识电和磁之间有某种联系.2.知道通电导体四周存在着磁场；通电螺线管的磁场与条形磁体相像.3.会判断通电螺线管两头的极性或通电螺线管的电流方向.二、过程与方法1. 经过察看直导线电流磁场和通电螺线管的磁场实验，进一步发展学生的空间想象力.2. 经过对实验的剖析，提升学生比较、剖析、概括得出结论的能力.三、感情、态度与价值观经过认识电与磁之间的互相联系，使学生乐于研究自然界的奇妙，培育学生的学习热忱和实事求的态度，初步领悟研究物理规律的方法和技巧.【教课要点】奥斯特的实验：通电螺线管的磁场；安培定章.【教课难点】通电螺线管的磁场及其应用.【教具准备】奥斯特实验器械一套、通电螺线管、小磁针、大头针、多媒体课件等.【教课课时】 1 课时【稳固复习】教师指引学生复习上一节内容，并解说学生所做的课后作业( 教师可针对性地精选部分难题解说），增强学生对知识的稳固.【新课引入】教师播放多媒体文件: 电和磁之间的相像之处.师：电和磁从现象上看有特别相像的地方，它们之间有没有必定的联系呢？从哲学角度看，应当是有的，我们生产和生活中的一些电器设施中，如扬声器、电磁继电器、话筒、电吉他、电话等，均用到了磁性，但它们的磁性均离不开电，由此看来，电与磁之间必定存在着某种联系. 第一揭开这个神秘的是丹麦物理学家奥斯特.【预习指导】阅读课本P143 - 146文字内容和插图，把基本观点、规律、实验现象和结论用双色笔做上记号，并达成“教案”中“课前预习”部分 . 而后各小组内部沟通议论，提出预习疑问，学科组长做好记录，准备展现.【讲堂导学】知识点 1电流的磁效应一、学生小组合作研究，教师指导点拨师： 1. 你的生活中哪些设施用到了电与磁的应用？这些说了然什么？生： 1. 电铃、电话等，电流四周能产生和电磁铁同样的作用.师：2. 利用桌上老师供给的器械，重复奥斯特所做的实验，注意察看现象，并概括结论.①通电和断电，现象：结论 :②改变导线中电流方向，现象：结论 :生：2. ①通电时小磁针发生偏转，断电时小磁针恢还本来指向，通电导体四周存在磁场②小磁针偏转方向改变，通电导体四周磁场方向与电流方向相关.[ 要点概括 ] ①电流四周存在着磁场；②电流磁场的方向跟电流的方向相关.思想拓展教师指引学生达成对应课时中思想拓展题目，并进行解说知识点 2通电螺线管的磁场二、学生小组合作达成以下研究，教师巡视指导，合时评论.师： 1. 利用老师供给的有机玻璃板、铁屑、螺线管达成教材图17-16实验，并依据铁屑散布状况描出磁感线.写出你的研究结论.生： 1. 如下图 .通电螺线管四周的磁场与条形磁体的磁场相像.师： 2. 利用老师供给的器械及课本图17-17 实验研究 : 通电螺线管的极性可能和哪些因素相关呢？注意察看现象，并概括出结论.生： 2. 通电螺线管的极性与电流方向及导线环绕方向相关.师： 3. 你如何利用小磁针判断通电、螺线管的磁极？说出你的方法.生： 3. 让小磁针N、 S 极分别凑近通电螺线管的磁极，与小磁针N 极吸引且与S 极排挤的一端为S 极，反之，与小磁针S 极吸引且与N极排挤的一端为N 极.师： 4. 请你利用右手螺旋定章体验: 判断你上述实验中通电螺线管的磁极，并比较和你用小磁针判断的能否同样？生： 4. 同样[ 重难点点拨 ] 通电螺线管的四周存在着磁场，其外面的磁场与条形磁体的磁场相像，通电螺线管的两头与条形磁体同样有两个磁极. 在通电螺线管外面，磁感线从通电螺线管的N 极出往返到S 极；在通电螺线管内部，磁感线从S 极到 N 极 . 若改变电流方向，通电螺线管的 N 极和 S 极也改变，且地点正好对换.[ 特别提示 ] 使用右手螺旋定章时应注意以下三点.①决定通电螺线管磁极极性的根本要素是通电螺线管上电流的围绕方向，而不是通电螺线管上导线的绕法和电源正、负极的接法. 当两个螺线管中电流的围绕方向一致时，它们两端的磁极极性才同样.②四指的围绕方向一定是螺线管上电流的围绕方向.③ N 极和 S 极必定在通电螺线管的两头.思想拓展教师指引学生达成对应课时中思想拓展题目，并进行解说.[ 讲堂小结 ] 指导学生总结概括本节课学到了什么1. 通电导线四周存在磁场，磁场方向跟电流方向相关. 这类现象叫做电流的磁效应.2.奥斯特发现了电和磁的联系，能够说以电磁学作为一个整体的科学是由奥斯特创始的.3. 全部通电导体四周都存在磁场，无论是铁、铜、铝，仍是金属做的导体. 从磁场方向上讲：通电螺线管的四周的磁场散布和条形磁铁的磁场散布同样.【课后作业】达成本课时对应练习，并预习下一课时内容。
螺线管磁场的测定(精)
fE
fB
I UH
b
UH (
RH ) IB K H IB d
图8-1 霍耳元件
（1）
其中RH是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。B为磁感应 强度，I为流过霍耳元件的电流强度，KH称为霍耳元件灵敏度。 虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，UH=0，但是实际情况用数字电 压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加 电势差，该电势差U0称为剩余电压。 随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。本实验采用SS95A 型集成霍耳传感器(结构示意图如图8-2所示)是一种高灵敏度集成霍耳传感器， 它由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。测量时输出信号大，并且
'
2
【
注 意 事 项
】
1、测量U ˊ~ I 2、测量U ˊ~ I
时，传感器位于螺线管中央(即均匀磁场中)。 时，螺线管通电电流Im应保持不变。
3、常检查Im=0时，传感器输出电压是否为2.500V。 4、用mV档读U ˊ值。当Im=0时，mV指示应该为0。
5 、实验完毕后，请逆时针地旋转仪器上的三个调节旋钮，使
【
实 验 目 的
】
1、体验霍耳传感器输出电势差与螺线管内磁 感应强度成正比的关系。 2、测量集成线性霍耳传感器的灵敏度。 3、测量螺线管内的磁感应强度，测出磁场与 位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范 围及边缘的磁感应强度。
【
实 验 原 理
】
B a V d
-
霍耳元件的作用（如右图8-1所示）：若电流 I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半 导体，是电子流方向由洛伦兹力作用而发生改变， 在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差，这种 现象称为霍耳效应。在与电流I、磁场B垂直方向 上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用UH表示。 霍耳效应的数学表达式为：
霍尔法测量通电螺线管内的磁场分布实验讲义
(7)式中，KH源自RH d称为霍尔元件灵敏度，可见灵敏度 KH 与薄片厚度 d 成反比，所以霍尔元
件都做得很薄，一般只有 0.2mm 厚。
理论上霍尔元件在无磁场作用时（ B 0 时），霍尔电势差UH 0 ，但是实际情况中并 不为零，这是由于半导体材料的结晶不均匀、测量时的各种副效应（主要有不等位电势差、 埃廷斯豪森效应、能斯特效应、里吉-勒迪克效应等）以及各电极的不对称等引起的电势差， 该电势差UH 0 称为剩余电压。
【预习提示】
1. 在测量霍尔传感器的灵敏度时，流过霍尔传感器电流的方向对实验结果有没有影响，为 什么？ 2. 在测量通电螺线管内的磁场分布时，为什么流过螺线管的电流要正-反向改变方向，每一 方向下均测量磁场，最后求平均？ 3. 在测量通电螺线管内的磁场分布时，可不可以先给螺线管通正向电流，测量每一个实验 点的磁场大小，再给螺线管通以反向电流，测量每一个实验点的磁场大小，最后，同一位置 的两次测量值求平均值。
荷将继续想侧面积聚。随着积聚电荷的增加，电场不断增强，直到载流子所受的电场力与磁
场力相等，即 FE FB 时，达到一种平衡状态，载流子不再继续向侧面积聚。此时薄片中的
电场强度为 EH
FE q
FB q
vB ，设薄片宽度为 w，则横向电场在 a、b 两侧面间产生的电势差
为：
UH EH w vBw
【实验目的】
1. 验证霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比，了解和熟悉霍尔效应的重要物理规律。 2. 了解集成霍尔传感器的灵敏度定标的方法。 3. 用集成霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度的分布，从而学会用集成霍尔元件测 量磁感应强度的方法。
【实验原理】
1. 霍尔效应
如图 1 所示，若电流 I 流过厚度为 d 的半导体薄
700223霍尔效应法测螺线管磁场（实验23）
700223霍尔效应法测螺线管磁场（实验23）霍⽿效应法测螺线管磁场实验报告【⼀】实验⽬的及实验仪器实验⽬的1.了解和熟悉霍尔效应的重要物理规律2.熟悉集成霍尔传感器的特性和应⽤，掌握测试霍尔效应器件的⼯作特性3.学习⽤霍尔效应测量磁场的原理和⽅法4.学习⽤霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布实验仪器FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪【⼆】实验原理及过程简述霍尔元件如图4-23-1所⽰。
若电流I流过厚度为d的半导体薄⽚，且磁场B垂直于该半导体，于是电⼦流⽅向由洛伦磁⼒作⽤⽽发⽣改变，在薄⽚两个横向⾯a，b之间应产⽣电势差，这种现象称为霍尔效应。
在与电流I、磁场B垂直⽅向上产⽣的电势差称为霍尔电势差，通常⽤UH 表⽰。
霍尔效应的数学表达式为：随着科技的发展，新的集成元件不断被研制成功。
本实验采⽤的SS95A型集成霍尔传感器，是⼀种⾼灵敏度集成化传感器，它由霍尔元件放⼤器和薄膜电阻剩余电压补偿组成，测量时输出信号⼤，并且剩余电压的影响已被消除。
SS95A型集成霍尔传感器，他的⼯作电流已设定被称为标准，⼯作电流使⽤传感器时，必须使⼯作电流处在该标准状态，在实验室只要在磁感应强度为零条件下调节v＋v-所接的电源电压是输出电压为2.500伏，则传感器就可处在标准⼯作状态之下。
当螺线管内有磁场且集成霍尔传感器的标准⼯作电流时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，对于⼀限长的螺线管，在距离两端等远的中⼼点磁感应强度为最⼤，且等于过程简述1.装置接线2.断开开关K2，调节使集成霍尔传感器达到标准化⼯作状态。
3.测量霍尔传感器的灵敏度4.测量通电螺线管中的磁场分布【三】实验数据处理及误差计算：5让风吹1.根据实验所测，描绘螺线管中间位置霍尔电势差与螺线管通电电流的关系；2.求出K/ 和r以及K；∴K’=0.4169V/Ar=13.计算通电螺线管内各处的磁感应强度（见数据记录纸）；4.描绘通电螺线管内磁感应强度B-x分布图；5.⽐较实验值与书上提供的技术指标，计算误差；【四】实验结果表达：对测量及计算的最终结果做出定量（定性）的总结，并回答书中对应思考题的问题。
霍尔效应测量
霍尔效应测量 螺纹管磁场
物电学院普物教研室
【实验目的】
1、解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- IM曲线了解霍尔电势差
VH与霍尔元件控制（工作）电流Is，磁感应强度B及 励磁电流和IM之间的关系。 3、学习利用霍尔效应测量感应强度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。 5、掌握用霍耳元件测量通电螺线管轴向磁场的方法。 6、了解通电长直螺线管轴线上的磁场强度分布。
旋管内B的分布状态。
【思考与讨论 】
1、霍耳效应的定义是什么?用它测磁场的 原理是什么?工作电流IS、螺线管磁场B、 霍耳电势差VH三者方向关系是什么？
2、与霍耳效应同时产生的副效应是否一定 很小？实验是如何基本消除副效应产生 的附加电势差的？
再见！
霍尔元件仍位于气隙中心，调节 Is =5.00mA ， 调节 IM =50、100、200……1000mA，分别测量霍尔电压 VH 值 填入表（2），并绘出 IM - VH 曲线，验证线性关系的 范围，分析当IM 达到一定值以后， IM- VH 直线斜率变 化的原因。
测量螺旋管中磁感应强度B的分布
霍尔效应原理图
Z
磁
Y
场
方
X
向
A
L1
fE
V
-
fL
Is
VH
d B
L2
图1 霍尔效应原理
2、用霍耳元件测通电长直螺线管轴向磁感应强度B分布
B
X 图3 螺旋管轴线上磁场分析
实验项目
一、研究霍尔效应及霍尔元件特性 1、测量霍尔元件零位（不等位）电势V0 及不等位电阻R0 = V0/Is 2、研究VH与励磁电流IM，工作（控制） 电流Is之间的关系
用DIS实验考查通电螺线管中的磁场
磁感 应强 度 的相对 变化 。 ３３“ ＿ 朗威 Ｄ Ｓ ａ ” ＩＬ ｂ 软件 对磁传 感 器测 量值 的
规定 ：
（ ） 磁 传 感 器放 置 在 起 始测 量 位 置 ， 规 １将 按
定 调 零
当磁传 感器 探头 指 向磁 铁 （ 被测 磁场 ） Ｎ极 ，
即传 感器 指 向与磁 感 线方 向相 反时 ， 量值 呈负 测 值（ ６。 图 ）
“ 朗威 Ｄ Ｓ ａ ” ＩＬ ｂ 数据 采集 器 （ １ 、 图 ） 磁传 感 器
（ ２ 、 移传感器 （ ３ 、 图 ）位 图 ） 电流 传 感 器 （ ４ 、 图 ）
赣 县 中 学 （ 校 区 ） 江 西 赣 州 ３ １０ 南 ， ４ １０
摘 要 ： 实验 应 用 ＤＩ 本 Ｓ实验 系 统研 究 了螺 线 管 中的 磁 场 特 性 ， 会 到 数 字 化 实验 的 简单 、 体 快捷 、 确 和 直观 ， 精 弥补
了传 统 实验 的 不 足 。
关 键 词 ： Ｓ实验 系统 ； 感 器 ； 电螺 线 管 ； 场 特 性 ＤＩ 传 通 磁 中图分类号： ６３ Ｇ３． ７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ３ ６ ４ （０ ２ ８ Ｓ 一 ０ ４ ３ １０ — １８ ２ １ ）（ ） ０ ５ —
该传 感 器 ，笔 者对 传 统 物 理 实 验 中 的老 大 难 问
题— — 螺线管 中的磁场 特性 进行 了一 番研究 。
１ 实 验 目 的
图 ５ 磁 传 感 器 测 量 值 为 正
利 用 Ｄ Ｓ实验 对 地 磁 场 和螺 线 管 内的 磁 场 Ｉ 进行 研究 。
大学物理实验报告 螺线管磁场的测量
实验报告螺线管磁场的测量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。
1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。
后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。
随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。
在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。
近年来，霍尔效应实验不断有新发现。
1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。
目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。
在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。
本实验采取电放大法，应用霍尔效应对螺线管磁场进行测量。
关键词：霍尔效应；霍尔元件；电磁场；磁场一、实验目的1.了解螺线管磁场产生原理。
2.学习霍尔元件用于测量磁场的基本知识。
3.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的UH -IS（霍尔电压与工作电流关系）曲线和UH -IM，B-IM（螺线管磁场分布）曲线。
二、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伦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。
如图所示，磁场B位于Z轴的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X轴正向通以电流IS（称为工作电流），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轴负向运动。
由于洛伦兹力fL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。
大学物理实验螺旋管磁场讲义
实验一、直导体外的磁场实验目的1、直导体附近磁场的磁感应强度与直导体中电流的函数关系；2、直导体附近磁场的磁感应强度与距直导体的距离的函数关系。
实验设备①各种形状导体4套；②大电流变压器；③电源15VAC/12VDC/5A ；④特斯拉表；⑤霍耳元件探针；⑥钳形电流计；⑦万用数字电表；⑧米尺；⑨支撑杆、连接导线等。
有关术语磁通量；电磁感应；磁场的叠加。
实验原理根据Biot-Savart 定律，一根长AB 的直导线通过的电流强度为I ，直导体外一点Q 处的磁感应强度为：)cos (cos 4210ϕϕπμ-=rIB 方向为右手定则或按电流I 方向与矢径r 方向的矢积方向决定。
当Q 点距离导线很近时，rI B πμ20= （1）图1.求载流直流导线的磁场实验内容1、实验设备安装与调节，满足可测的实验要求：实验设备如图安装，注意各个接头一定要接触紧密。
调节电源3中心的旋钮，改变通过导体的电流，从钳形电流计6所连接的万用电表（放在交流电压的200mv 档）可直接读出导体内的电流的大小（1mv ＝1安培）。
将霍耳元件探针5（注意不要将其与导线接触）放在距离导线的指定距离处在特斯拉计的显示窗口就可以读出该处的磁感应强度B 。
2、将霍耳元件放在距导线1cm 左右处，从0开始调节导线中的电流，从40安培开始每隔10 安培左右读一次磁感应强度的值，直到100安培。
自行设计表格记录下相应实验数据。
3、使电流保持在90安培，改变距离r （从10cm －0.5cm ）。
4、作出以上两实验的曲线，用作图法或最小二乘法求出μ0的值（注意单位用SI 国际单位制）5、改变导线形状，再按上述步骤重复做实验，分析结果得出你的结论，并用理论拟合来说明结论的正确性。
(注：设备中还有3套导线，同学可以选一或二种，并自行设计实验)。
图2. 实验设备安装连线图 拓展实验：45326 189实验二、螺线管内的磁场的测量实验目的1、测量通电螺线管线圈内的磁感应强度，讨论通电螺线管线圈内部I 、L 、x 和B 之间关系；2、计算出真空中的磁导率。
霍尔效应实验报告
南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2）实验名称：霍尔效应学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、 实验目的： 1、了解霍尔效应法测磁感应强度S I 的原理和方法；2、学会用霍尔元件测量通电螺线管轴向磁场分布的基本方法；二、 实验仪器：霍尔元件测螺线管轴向磁场装置、多量程电流表2只、电势差计、滑动变阻器、双路直流稳压电源、双刀双掷开关、连接导线15根。
三、 实验原理：1、霍尔效应 霍尔效应本质上是运动的带电粒子在磁场中受洛仑磁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，这种偏转导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横加电场，即霍尔电场H E .如果H E <0，则说明载流子为电子，则为n 型试样；如果H E >0，则说明载流子为空穴，即为p 型试样。
显然霍尔电场H E 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e H E 与洛仑磁力B v e 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故有：e H E =-B v e其中E H 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均速度。
若试样的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则 bd v ne I由上面两式可得：dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1 （3）即霍尔电压H V （上下两端之间的电压）与B I S 乘积成正比与试样厚度d 成反比。
比列系数neR H 1=称为霍尔系数，它是反应材料霍尔效应强弱的重要参量。
只要测出H V 以及知道S I 、B 和d 可按下式计算H R :410⨯=BI dV R S H H 2、霍尔系数H R 与其他参量间的关系根据H R 可进一步确定以下参量：（1）由H R 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。
判别方法是电压为负，H R 为负，样品属于n 型；反之则为p 型。
（2）由H R 求载流子浓度n.即eR n H 1= 这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。
大学物理实验报告 螺线管磁场的测量
实验报告螺线管磁场的测量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。
1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。
后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。
随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。
在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。
近年来，霍尔效应实验不断有新发现。
1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。
目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。
在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。
本实验采取电放大法，应用霍尔效应对螺线管磁场进行测量。
关键词：霍尔效应；霍尔元件；电磁场；磁场一、实验目的1.了解螺线管磁场产生原理。
2.学习霍尔元件用于测量磁场的基本知识。
3.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的UH -IS（霍尔电压与工作电流关系）曲线和UH -IM，B-IM（螺线管磁场分布）曲线。
二、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伦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。
如图所示，磁场B位于Z轴的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X轴正向通以电流IS（称为工作电流），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轴负向运动。
由于洛伦兹力fL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。
用霍尔元件测螺线管轴线磁场分布-精选文档
新型螺线管磁场测定仪—电 源 mA
数字电流表
ON
数字电压表
mV
+
励磁恒流输出
2.4V~2.6V
4.8V~5.2V
+
电压输入
上海复旦天欣科教仪器有限公司
2 K2 K1 0
1
V+和V- :给霍 尔元件提供 工作电流
V_
3 2 1
集成霍耳元件
V+ VOUT
外接2.500V 补偿电压
位置读数
Vout和V- :输 出霍尔电压
调节励 磁电流
K2
2 K1 0
1
显示霍尔 元件输出 电压.
V_
集成霍耳元件
3 2 1
V+ VOUT
位置读数
集成霍尔元件
霍尔元件位置读数
双刀换向开关K2 用于改变励磁电 流的方向.
实验内容：仪器调节
二. 将霍尔元件的工作电流调节为标准工作电流 断开开关K2，使集成霍耳传感器处于零磁场条件下. 将开关K1指向位置1，调节4.8V—5.2V电源输出电压，使 数字电压表显示的“Vout” 和“V-”间的电压为2.500V，此 时集成霍尔元件达到标准化工作状态，即流过霍尔元件的 电流为标准工作电流，且剩余电压恰好补偿，V0=0V. 三. 对传感器输出的2.500V电位差进行补偿 K2仍断开，保持V+和V-电压不变，把开关K1指向2，调节 2.4V—2.6V的外接补偿电压，使数字电压表在mV档的示 值为0，即用一个外接2.500V电位差对传感器输出的 2.500V电位差进行补偿，以便可直接读出V’ .
VOUT
实验内容：仪器调节
一. 需连接以下电路:
连接给螺线管提供励磁电流的电路. 连接给霍尔元件提供工作电流(IS)的电路. 连接输出霍尔电压的电路. 连接外接补偿电压(2.500V)的电路.
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Objective Statement
To investigate whetherthe magnetic field inside a solenoid is affected by the current through the solenoid and how the magnetic field depends on it.
Data
I (A)
B (Gauss)
1.00
1.1
2.00
3.4
3.00
5.5
4.00
7.5
5.00
10.0
The length ofthe slinky is 4.00inches and the number of turns is 20.
Derivations
In the ideal case, by using Ampere’s Law, we have . Then we getthat , where is the magnetic constant, the number of turns, and the length of the slinky. Using the data we get from our experiment, we can test the above equation. We are going to obtain the slope by analyze our data and compare it with the one acquired from the theoretical equation.
Method and Setup
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱWe assume that the magnetic field inside a solenoid are related to the current.
•We connect a slinky to a power supply in series with amultimeter. Fix the slinky and place the sensor of aGaussmeterat the center of the slinky. Make surethe large side of the sensor is parallel to the cross section of the slinky.
Error Discussion
Since the coefficient of the regression line is close to 1,we could say that the linear correlation between the current and the magnetic field is statistically significant. We could find the theoretic value of the slope is great than our measurement.It may be the result of using idealizations when deriving the theoretic equation. In theory, we suppose that the solenoid is infinitely long. But this assumption is not true in practice. So the actual measurement of the magnetic field is a little bit less than ourprediction.
•Turn on the power supply e the current control knobs to adjust thecurrent through the slinky to 1.00A, 2.00A, 3.00A, 4.00A, and 5.00A successively and record themultimeterreadings respectively.
•Draw a scatter plot with the data.X-axis is stand for magnitude of the current and Y-axis is stand for magnitude of the magnetic field. Use statistical methods to infer the relationship between thecurrent and the magnetic field according to the distribution of pointson the plot.
Graphs
Calculations
Since ,the theoretical value of the slopeis .And the slope obtained from the data is .
Objective Discussion
From the scatter plot, it is easy to observe a linear correlation between the current and the magnetic field. Using statistical analysis, weget , sowe could safely draw the conclusion that themagnetic fieldinside a solenoid linearly depends onthecurrent through the solenoidif other factors arefixed, which is consistent with the classic theory.