大学物理实验报告霍尔效应(3500字)

来源:m.fanwen118.com时间:2021.7.14

大学物理实验报告霍尔效应

一、实验名称:霍尔效应原理及其应用 二、实验目的:1、了解霍尔效应产生原理;2、测量霍尔元件的、曲线, 了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系;3、学习用 霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法,测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分 布;4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。

三、仪器用具:YX-04 型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理:1、 霍尔效应现象及物理解释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于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1 所示。半导体样品,若在x 方向通以电流,在z 方向 加磁场,则在y 方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的 电场,电场的指向取决于样品的导电类型。显然,当载流子所受的横向电场力 时电荷不断聚积,电场不断加强,直到样品两侧电荷的积累就达到平衡,即样 品

A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压)。设为霍尔电场,是载流子在电流 方向上的平均漂移速度;样品的宽度为,厚度为,载流子浓度为,则有:(1-1)

因为,,又根据,则(1-2)其中称为霍尔系数,是反映材料霍尔效应强弱的重要 参数。只要测出、以及知道和,可按下式计算:(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。

根据RH 可进一步确定以下参数。(1)由的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导 电类型。判别的方法是按图1 所示的和的方向(即测量中的+,+),若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位),则样品属N 型,反之为P 型。(2)由求载流子 浓度,即。应该指出,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。严格一点,考虑载流子的速度统计分布,需引入的修正因子(可参阅黄昆、 谢希德著《半导体物理学》)。(3)结合电导率的测量,求载流子的迁移率。电 导率与载流子浓度以及迁移率之间有如下关系:(1-5)2、霍尔效应中的副效应 及其消除方法上述推导是从理想情况出发的,实际情况要复杂得多。产生上述 霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应,使的测量产生系统误差,如图 2 所示。

(1)厄廷好森效应引起的电势差。由于电子实际上并非以同一速度v 沿y 轴负向 运动,速度大的电子回转半径大,能较快地到达接点3 的侧面,从而导致3 侧 面较4 侧面集中较多能量高的电子,结果3、4 侧面出现温差,产生温差电动势。

可以证明。的正负与和的方向有关。(2)能斯特效应引起的电势差。焊点1、2 间接触电阻可能不同,通电发热程度不同,故1、2 两点间温度可能不同,于是 引起热扩散电流。与霍尔效应类似,该热扩散电流也会在 3、4 点间形成电势差。

若只考虑接触电阻的差异,则的方向仅与磁场的方向有关。(3)里纪-勒杜克效 应产生的电势差。上述热扩散电流的载流子由于速度不同,根据厄廷好森效应 同样的理由,又会在3、4 点间形成温差电动势。的正负仅与的方向有关,而与 的方向无关。(4)不等电势效应引起的电势差。由于制造上的困难及材料的不均 匀性,3、4 两点实际上不可能在同一等势面上,只要有电流沿x 方向流过,即 使没有磁场,3、4 两点间也会出现电势差。的正负只与电流的方向有关,而与 的方向无关。综上所述,在确定的磁场和电流下,实际测出的电压是霍尔

效应 电压与副效应产生的附加电压的代数和。可以通过对称测量方法,即改变和磁 场的方向加以消除和减小副效应的影响。在规定了电流和磁场正、反方向后, 可以测量出由下列四组不同方向的和组合的电压。即:,:,:,:,:然后 求,,,的代数平均值得:

通过上述测量方法,虽然不能消除所有的副效应,但较小,引入的误差不 大,可以忽略不计,因此霍尔效应电压可近似为(1-6)3、直螺线管中的磁场分 布 1、以上分析可知,将通电的霍尔元件放置在磁场中,已知霍尔元件灵敏度, 测量出和,就可以计算出所处磁场的磁感应强度。(1-7)2、直螺旋管离中点处 的轴向磁感应强度理论公式:(1-8)式中,是磁介质的磁导率,为螺旋管的匝数, 为通过螺旋管的电流,为螺旋管的长度,是螺旋管的内径,为离螺旋管中点的 距离。X=0 时,螺旋管中点的磁感应强度(1-9)

五、实验内容:测量霍尔元件的、关系;1、将测试仪的"调节"和"调节"旋 钮均置零位(即逆时针旋到底),极性开关选择置"0"。2、接通电源,电流表显 示"0.000"。有时,调节电位器或调节电位器起点不为零,将出现电流表指示末 位数不为零,亦属正常。电压表显示"0.0000"。3、测定关系。取=900mA,保持 不变;霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向14.00cm 处与读数零点对 齐)。顺时针转动"调节"旋钮,依次取值为1.00,2.00,…,10.00mA,将和极 性开关选择置"+"和"-"改变与的极性,记录相应的电压表读数值,填入数据记 录表 1。4、以为横坐标,为纵坐标作图,并对曲线作定性讨论。5、测定关系。

取=10 mA,保持不变;霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向14.00cm 处与读数零点对齐)。顺时针转动"调节"旋钮,依次取值为0,100,200,…, 900 mA,将和极性开关择置"+"和"-"改变与的极性,记录相应的电压表读数值, 填入数据记录表2。6、以为横坐标,为纵坐标作图,并对曲线作定性讨论。测 量长直螺旋管轴向磁感应强度1、取=10 mA,=900mA。2、移动水平调节螺钉, 使霍尔元件在直螺线管中的位置(水平移动游标尺上读出),先从 14.00cm 开始, 最后到0cm 点。改变和极性,记录相应的电压表读数值,填入数据记录表3, 计算出直螺旋管轴向对应位置的磁感应强度。3、以为横坐标,为纵坐标作图, 并对曲线作定性讨论。4、用公式(1-8)计算长直螺旋管中心的磁感应强度的理 论值,并与长直螺旋管中心磁感应强度的测量值比较,用百分误差的形式表示 测量结果。式中,其余参数详见仪器铭牌所示。六、注意事项:

1、为了消除副 效应的影响,实验中采用对称测量法,即改变和的方向。2、霍尔元件的工作电 流引线与霍尔电压引线不能搞错;霍尔元件的工作电流和螺线管的励磁电流要 分清,否则会烧坏霍尔元件。3、实验间隙要断开螺线管的励磁电流与霍尔元件 的工作电流,即和的极性开关置0 位。4、霍耳元件及二维移动尺容易折断、变 形,要注意保护,应注意避免挤压、碰撞等,不要用手触摸霍尔元件。七、数 据记录:KH=23.09,N=3150 匝,L=280mm,r=13mm 表1 关系 (=900mA)(mV)(mV)(mV)(mV)

1.00 0.28-0.27 0.31-0.30 0.29 2.00 0.59-0.58 0.63-0.64 0.613.00 0.89-0.87 0.95-0.96 0.904.00 1.20-1.16 1.27-1.29 1.235.00 1.49-1.46

1.59-1.61 1.546.00 1.80-1.77 1.90-1.93 1.857.00 2.11-2.07 2.22-2.25

2.178.00 2.41-2.38 2.65-2.54 2.479.00 2.68-2.69 2.84-2.87 2.7710.00

2.99-3.00 3.17-3.19 3.09 表2 关系(=10.00mA)

(mV)(mV)(mV)(mV)

0-0.10 0.08 0.14-0.16 0.12 100 0.18-0.20 0.46-0.47 0.33200 0.52- 0.54

0.80-0.79 0.66300 0.85-0.88 1.14-1.15 1.00400 1.20-1.22 1.48- 1.49

1.35500 1.54-1.56 1.82-1.83 1.69600 1.88-1.89 2.17-2.16 2.02700

2.23-2.24 2.50-2.51 2.37800 2.56-2.58 2.84-2.85 2.71900 2.90-2.92

3.18-3.20 3.05 表3 关系=10.00mA,=900mA (mV)(mV)(mV)(mV)B×10-3T 00.54-0.56-0.73-0.74 2.88 0.5 0.95-0.99 1.17-1.18 4.641.0 1.55-1.58

1.80-1.75 7.232.0 2.33 2.37-2.88-2.52 10.574.0 2.74-2.79 2.96-2.94 12.306.0 2.88-2.9


第二篇:大学物理实验报告模板 2400字

实验报告

一.预习报告

1.简要原理

2.注意事项

二.实验目的

三.实验器材

四.实验原理

五.实验内容、步骤

六.实验数据记录与处理

七.实验结果分析以及实验心得

八.原始数据记录栏(最后一页)

把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来,经过整理,写成的书面汇报,就叫实验报告。

实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告,物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展,实验的种类、项目等日见繁多,但其格式大同小异,比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料,总结研究成果。

实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结,更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力,是科学论文写作的基础。因此,参加实验的每位学生,均应及时认真地书写实验报告。要求内容实事求是,分析全面具体,文字简练通顺,誊写清楚整洁。

实验报告内容与格式

(一) 实验名称

要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某程序、定律、算法,可写成“验证×××”;分析×××。

(二) 所属课程名称

(三) 学生姓名、学号、及合作者

(四) 实验日期和地点(年、月、日)

(五) 实验目的

目的要明确,在理论上验证定理、公式、算法,并使实验者获得深刻和系统的理解,在实践上,掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。一般需说明是验证型实验还是设计型实验,是创新型实验还是综合型实验。

(六) 实验内容

这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点,可以从理论和实践两个方面考虑。这部分要写明依据何种原理、定律算法、或操作方法进行实验。详细理论计算过程.

(七) 实验环境和器材

实验用的软硬件环境(配置和器材)。

(八) 实验步骤

只写主要操作步骤,不要照抄实习指导,要简明扼要。还应该画出实验流程图(实验装置的结构示意图),再配以相应的文字说明,这样既可以节省许多文字说明,又能使实验报告简明扼要,清楚明白。

(九) 实验结果

实验现象的描述,实验数据的处理等。原始资料应附在本次实验主要操作者的实验报告上,同组的合作者要复制原始资料。

对于实验结果的表述,一般有三种方法:

1. 文字叙述: 根据实验目的将原始资料系统化、条理化,用准确的专业术语客观地描述实验现象和结果,要有时间顺序以及各项指标在时间上的关系。

2. 图表: 用表格或坐标图的方式使实验结果突出、清晰,便于相互比较,尤其适合于分组较多,且各组观察指标一致的实验,使组间异同一目了然。每一图表应有表目和计量单位,应说明一定的中心问题。

3. 曲线图 应用记录仪器描记出的曲线图,这些指标的变化趋势形象生动、直观明了。

在实验报告中,可任选其中一种或几种方法并用,以获得最佳效果。

(十) 讨论

根据相关的理论知识对所得到的实验结果进行解释和分析。如果所得到的实验结果和预期的结果一致,那么它可以验证什么理论?实验结果有什么意义?说明了什么问题?这些是实验报告应该讨论的。但是,不能用已知的理论或生活经验硬套在实验结果上;更不能由于所得到的实验结果与预期的结果或理论不符而随意取舍甚至修改实验结果,这时应该分析其异常的可能原因。如果本次实验失败了,应找出失败的原因及以后实验应注意的事项。不要简单地复述课本上的理论而缺乏自己主动思考的内容。

另外,也可以写一些本次实验的心得以及提出一些问题或建议等。 (十一) 结论

结论不是具体实验结果的再次罗列,也不是对今后研究的展望,而是针对这一实验所能验证的概念、原则或理论的简明总结,是从实验结果中归纳出的一般性、概括性的判断,要简练、准确、严谨、客观。

(十二) 鸣谢(可略)

在实验中受到他人的帮助,在报告中以简单语言感谢.

(十三) 参考资料

【实验名称】静电跳球

【实验目的】观察静电力

【实验器材】韦氏起电机,静电跳球装置(如图)

【实验原理、操作及现象】

将两极板分别与静电起电机相连接,顺时针摇动起电机,使两极板分别带正、负电荷,这时小金属球也带有与下板同号的电荷。同号电荷相斥,异号电荷相吸,小球受下极板的排斥和上极板的吸引,跃向上极板,与之接触后,小球所带的电荷被中和反而带上与上极板相同的电荷,于是又被排向下极板。如此周而复始,于是可观察到球在容器内上下跳动。当两极板电荷被中和时,小球随之停止跳动。

【注意事项】

1. 1. 摇动起电机时应由慢到快,并且不宜过快;摇转停止时亦需慢慢进行,可松开手柄靠摩擦力使其自然减慢。

2. 2. 在摇动起电机时,起电机手柄均带电且高速摇动时电压高达数万伏,切不可用手机或身体其他位置接触,不然会有火花放电,引起触电。

静电跳球 中小学科学探究实验室仪器模型设备实验目的:1、探究静电作用力的现象及原理。2、研究能量间的转化过程。实验器材:圆铝板2个、圆形有机玻璃筒、静电导体球(由铝膜做成)若干。提出问题:在以前的实验中,我们对电场以及静电的作用力已经有所了解。那么,在两块极板间,由铝箔做成的小球真能克服重力上蹦下跳吗?猜想与假设:在强电场的作用下,由铝箔做成的小球能够克服重力而上下跳动。实验过程:1、在两圆铝板间放一有机玻璃环,里面放了一些静电导体球,当接通高压直流电源后观察静电导体球的运动情况。2、增大两极板间的电压,观察现象。3、实验完毕要及时关闭电源,必须用接地线分别接触两极板进行放电。探究问题:1、仪器内的小球为什么会跳起来?2、静电导体球实际在做什么工作?3、为什么增大两极板间的电压两极板间产生火花放电现象?实验结论与体会: (以下由学生总结并交流,也可由教师引导得出)课外活动: 梳子摩擦头发后,用梳子可以吸起细小的纸屑,有些纸屑过一会又掉下来。实际做一做,能够解释吗?注意事项:1、接好电路后,再调整两根输出导线之间的距离至少离开10厘米。太近时会击穿空气而打火。2、接通高压电源后就不能再触摸高压端和电极板,否则会触电而麻木。实验做完后,先关闭电源开关,再用接地线分别接触两个电极进行放电

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