大一物理实验报告 答辩 霍尔效应与应用设计

实验内容
1.测量霍耳电压与工作电流，记录数据测绘VH-IS曲线
恒定磁场，保持励磁电流IM=0.50A，调整工作电流IS,记录数据 根据数据画出VH-IS曲线，
VH-IS曲线
通过回归法可计算出k1=2.0123
2.测量霍耳电压与励磁电流IM，记录数据测绘VH-IM曲线
恒定磁场，保持工作电流IS=3..00mA，调整励磁电流IM,记录数据 根据数据画出VH-IM曲线，
一、霍尔效应原理
VH IS
根据霍尔系数RH可进一步确定以下参数
载流子浓度
电导率
迁移率
二、实验中的副效应及其消除方法
（1）不等势电压降V0 （2）爱廷豪森效应—热电效应引起的附加电压VE （3）能斯托效应—热磁效应直接引起的附加电压VN （4）里纪—勒杜克效应—热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL
0
非大电流，非强磁场下，VH＞＞ VE，因此VE可略而不计
三、利用霍尔效应原理测量磁场
利用霍尔效应测量磁场是霍尔效应原理的典型应用。 若已知材料的霍尔系数RH，通过测量霍尔电压VH， 即可测得磁场。其关系式是
四、长直通电螺线管轴线上磁感应强度
根据毕奥-萨伐尔定律，对于长度为2L,匝数为N,半径为 R的螺线管离开中心点x处的磁感应强度为
VH-IM曲线
通过回归法可计算出k2=12.0725
可得到 与仪器标注178 mV/mA·T相差不大
计算KH的不确定度 由于实验没有对同一数据进行多次测量取平均值，没有A 类不确定度，B类不确定度源于仪器的测量误差，已知仪 器的测量准确度为0.5%，取均匀分布
r
r
r
0.0005775 mV/mA·T
3.在零磁场下（即IM=0），测量VBC（即Vσ ）。（IS取0.10， 0.20，0.30……1.00mA）
通过回归法可计算出 k3=766.5455
计算载流子浓度n、电导率、迁移率μ与其不确定度:
UN 、Uσ、Uμ 主要源于所给霍尔 元件尺寸的误差
4.亥姆霍兹线圈单边水平方向磁场分布（IS=3.00mA，IM=0.500A）
影响： 这些都会导致在霍尔效应中作用于霍尔元件的磁
场与相比理论值偏小，产生的霍尔电压VH会偏小。 偏差的大小取决于操作和实验装置的调试，可以
通过采用更精准的装置来减小误差
谢谢！
5.通电螺线管轴向磁场分布（IM为500mA，Is为3.00mA））
通电螺线管轴线上磁感应强度
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
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理论值
测量值
实验遇到的问题及解决的方法
①是否需要考虑地磁场？
不需要。地磁场过于微弱（50-60μT），对实
验产生的影响完全可以忽略， 但如果周围有产生强磁场的物体，比如变压
(|V2|+|V4|)/2= VH + VE (|V3|+|V4|)/2= VH - VN - VRL + VE 由②可以知道实验时VE很小可以忽略，但是这
样做对斜率造成的影响 是否明显呢？
借助实验1的数据，进行计算 使用四个数据的平均值时，通过回归法计算出k=2.0123
只使用V1、V2的平均值时，通过回归法计算出k=2.0182 只使用V1、V3的平均值时，通过回归法计算出k=2.0121 只使用V2、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0125 只使用V3、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0064
我们无法彻底消除误差，但我们可以减小误
差，只要可以将其减小到我们可以接受的范围， 依旧可以算作排除了误差影响，而用尽可能少的 实验操作减少误差也是实验的重点之一
如果只使用两个电压的平均值
(|V1|+|V2|)/2= VH + VN + VRL + VE (|V1|+|V3|)/2= VH + VE
霍尔效应与应用设计
当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子
发生偏转，在垂直于电流和磁场的方向会产生 一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，
这一现象就是霍尔效应
霍尔效应的应用
在现代汽车上广泛应用的霍尔器件：
ABS 系统中的速度传感器 汽车速度表和里程表 液体物理量检测器 发动机转速传感器。
量子领域的霍尔效应
斜率相差不大，但仍有差异,出于严谨，
不能只使用两个电压数据的平均值进行计算
④实验中还有哪些未考虑到的误差？会有什么影
响？如何处理这些误差？ 实验装置不可能达到绝对完美的精准。霍尔元件不
会完美地位于励磁线圈几何中心点上，也不会刚好处于 螺线管的几何轴线上，与磁场也不会完全垂直，线圈、 螺线管不可避免的会有漏磁现象，磁场分布变化也不会 处处平缓
个小时左右，其读数变化不明显（约0.02mV），
为了严谨，使用装置时最好每十分钟关机冷却一 分钟以上
③记录时需记录V1、V2、V3、V4并求平均值过于
麻烦，能否只用两个电压数据的平均值 完成实
验？ 在实验中发现两个电压数据的平均值不但接近
四个电压的平均值，而且与电流之间的回归方程 的斜率似乎也很接近
【实验目的】
1．通过实验掌握霍尔效应基本原理，了解霍尔 元件的基本结构；
2．学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、 迁移率等参数的实验方法和技术；
3．学会用“对称测量法”消除副效应所产生的 系统误差的实验方法。
4．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场 分布。
5. 探究能否用更少的数据完成实验
实验原理
器，输电线等，最好换更场地
②实验使用了直流电，而且会长时间使用装置， 这样做是否会影响实验结果？
有影响，爱廷豪森效应—热电效应引起的附加
电压VE被证明无法消除，但可通过使用交流电减 小误差，即便使用直流电，在非大电流，非强磁 场下，VH >> VE，因此VE可忽略不计
实验中本人将一空闲装置启动后单独放置了半