霍尔效应实验报告 (2)

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：I的原理和方法；S2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 d ，bd v ne neR H 1=S I 、B 和d 可按下（1）由H R 为负，（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。

（3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率μ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系μσne =即μ=σH R ,测出σ值即可求μ。

3、霍尔效应与材料性能的关系由上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率也较高）的材料。

因μρ=H R ,金属导体μ和ρ都很低；而不良导体ρ虽高，但μ极小，所以这两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔器件。

半导体μ高，ρ适中，是制造霍尔元件较为理想的材料，由于电子的迁移率比空穴迁移率大，所以霍尔元件多采用n 型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔元件的输出电压较片状要高得多。

就霍尔器件而言，其厚度是一定的，所以实用上采用nedK H 1=来表示器件的灵敏度，H K )T ∙.4I 、磁感应强度B 的大小5%由于电流输入输出两引线端焊点处的电阻不可能完全相等，因此通电后会产生不同的势效应，使x 方向产生温度梯度。

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。

霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场实验报告指导老师：姓名：学号：实验日期：一、实验目的1、理解霍尔效应的原理，研究霍尔效应的应用；2、掌握DH4501N型三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪的用法;3、利用霍尔效应法测量磁场大小，并且研究亥姆霍兹线圈的磁场分布规律；二、实验仪器DH4501N三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪（仪器由信号源和测试架两大部分组成）A.仪器面板为三大部分，见下图(1) 。

（1）实验仪面板图1、励磁电流I M输出：前面板右侧，三位半数显电流表，显示输出电流值I M（A），直流恒流输出可调，接到测试架的励磁线圈，提供实验用的励磁电流。

2、霍尔片工作电流I S输出：前面板左侧，三位半数显电流表，显示输出电流值I S（mA），直流恒流输出可调，用于提供霍尔片的工作电流。

以上两组直流恒源只能在规定的负载范围内恒流，与之配套的“测试架”上的负载符合要求。

若要作它用时需注意。

提醒：只有在接通负载时，恒流源才有电流输出，数显表上才有相应显示。

3、V H、Vσ测量输入：前面板中部，三位半数显表显示输入值（mV），用于测量霍尔片的霍尔电压V H及霍尔片长度L方向的电压降Vσ。

使用前将两输入端接线柱短路，用调零旋钮调零。

提醒：I S霍尔片工作电流输出端与V H、Vσ测量输入端，连接测试架时，与测试架上对应的接线端子一一对应连接（红接线柱与红接线柱相连，黑接线柱与黑接线柱相连）。

励磁电流I M输出端连接到测试架线圈时，可以选择接单个线圈与双个线圈。

接双个线圈时，将两线圈串联，即一个线圈的黑接线柱与另一线圈的红接线柱相连。

另外两端子接至实验仪的I M端。

4、二个换向开关分别对励磁电流I M，工作电流I S进行正反向换向控制。

5、一个转换开关对霍尔片的霍尔电压V H与霍尔片长度L方向的电压降Vσ测量进行转换控制。

B. DH4501N三维亥姆霍兹线圈磁场测试架图（2）三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪测试架本测试架的特点是三维可靠调节，见图（2）。

霍尔效应实验报告篇一：霍尔效应实验报告篇二：霍尔效应的应用实验报告一、名称：霍尔效应的应用二、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—IM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。

三、器材：1、实验仪：（1）电磁铁。

（2）样品和样品架。

（3）Is和IM 换向开关及VH 、Vó切换开关。

2、测试仪：（1）两组恒流源。

（2）直流数字电压表。

四、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EH。

如图15-1所示的半导体试样，若在X方向通以电流IS ，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A-A/ 电极两侧就开始聚集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。

对图所示的N型试样，霍尔电场逆Y方向，（b）的P型试样则沿Y方向。

即有EH0EH0显然，霍尔电场EH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eEH与洛仑兹力eB相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故eEH?eB （1）其中EH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IS?nebd（2）由（1）、（2）两式可得：VH1ne?EHb?1ISBned?RHISBd即霍尔电压VH（A 、A／电极之间的电压）与ISB乘积成正比与试样厚度d成反比。

比例系数RH?称为只要测出VH （伏）以及知道IS（安）、B（高斯）和d （厘米）可按下式计算RH（厘米3／库仑）：RH＝VHdISB?108（4）上式中的108是由于磁感应强度B用电磁单位（高斯）而其它各量均采用CGS实用单位而引入。

霍尔效应的实验报告数据处理摘要：本实验使用霍尔效应仪测量了铜片在不同磁场强度下的霍尔电压，并结合了铜片尺寸，磁场大小的相关数据，分析计算出铜片的电阻率与载流子浓度。

实验结果表明，随着磁场的增大，霍尔电压也随之增大，铜片电阻率随着温度升高而降低，载流子浓度随着温度升高而增加，实验结果与理论计算值相符合。

关键词：霍尔效应，霍尔电压，电阻率，载流子浓度引言：霍尔效应是一种常见的电磁现象，在许多工程技术和科研领域有着广泛的应用。

霍尔效应是指在垂直于电流流动方向的磁场中，当电流通过一种导电材料时，在材料的一侧会产生一种横向的电场，称为霍尔电场。

这种现象被称为霍尔效应，且霍尔电场的大小与磁场强度，材料的形状和电导率有关。

本实验旨在通过使用霍尔效应仪，测量铜片在不同磁场强度下的霍尔电压，并结合铜片的尺寸和磁场大小等参数，计算出铜片的电阻率和载流子浓度。

通过实验结果的比较和分析，可以加深对霍尔效应的理解，并验证霍尔效应的相关理论。

实验部分：1. 实验仪器本实验使用的主要仪器是霍尔效应仪，包括霍尔电压计和外磁场控制器。

还需要一个铜片样品和一个恒流源。

2. 实验步骤(1) 将铜片固定在霍尔效应仪中心的样品夹具上，并连接外部电源。

(2) 调节外磁场控制器，控制外磁场强度在0到1.5 T之间变化，记录各个磁场强度下铜片的霍尔电压值。

(3) 固定外磁场强度，在不同电流强度下测量铜片的电阻，并计算出电阻率。

(4) 通过公式计算铜片的载流子浓度。

3. 实验数据处理(1) 数据记录通过调节外磁场控制器，在0到1.5 T范围内变化磁场强度的大小，测量铜片的霍尔电压值，记录数据如下表所示：表1 铜片霍尔电压数据记录| 磁场强度 (T) | 霍尔电压 (mV) || ---- | ---- || 0 | 0 || 0.1 | 0.03 || 0.2 | 0.06 || 0.3 | 0.1 || 0.4 | 0.13 || 0.5 | 0.16 || 0.6 | 0.19 || 0.7 | 0.22 || 0.8 | 0.24 || 0.9 | 0.27 || 1.0 | 0.3 || 1.1 | 0.32 || 1.2 | 0.35 || 1.3 | 0.38 || 1.4 | 0.41 || 1.5 | 0.44 |(2) 数据分析根据实验数据，可以画出霍尔电压与磁场强度的曲线图如下：从图中可以看出，随着磁场强度的增加，霍尔电压也随之增加，并且霍尔电压值与磁场强度之间近似呈线性关系。

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。

课程名称：大学物理实验（二）实验名称：霍尔效应及其应用
图3.3 霍尔器件输出特性测量仪器实物图
仪器操作注意事项
1、测试仪开关机前将I S和I M旋钮逆时针转到底，防止输出电流过大；
2、I S和I M接线不可颠倒，以防烧坏霍尔片；
3、式样应置于螺旋线圈/铁芯气隙内磁场均匀处（即尽量处于中心）。

4、电压表调零
，测试仪功能选择置于“V H”，然后调节I M=0.5A,d=0.5mm
K，单位为千高斯/安(KGs/A)
表5.1 V H—I S曲线图
表5.2测绘曲线V H—I M数据记录表
/mV V2/mV V3/mV V4/mV V
Is-B，+Is-B，-Is+B，-Is
-4.52 4.53-4.80
-6.07 6.11-6.36
-7.637.64-7.92
-9.199.20-9.47
-10.7510.76-11.03
-12.3112.32-12.60
图5.2V H—I M曲线图
测量螺线管轴线上磁场分布
图5.3螺线管轴线上磁场分布
I S曲线的数据处理如下
=0.500A，K=3.94(KGS/A)
V H1=V1−V2+V3−V4
4=2.64−(−2.54)+2.55−(−2.63)
4
=2.59(mV)
5.1；
B=KI M=0.394×0.5=0.197(T)。

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$。

霍尔效应的应用(实验报告)引言霍尔效应是物理学中的一种重要效应，它是指在垂直于电流方向和磁场方向的方向上施加一定大小的磁场，结果将会出现电势差。

霍尔系数指的是磁场大小和电势差之间的比率，该系数可以反映金属内部自由电子的密度和带电载流子运动的速率等参数。

霍尔效应广泛应用于各种领域，如磁场传感器、磁场漫游器、磁性存储器等。

在实验室中，人们经常使用霍尔效应来测量电阻率、磁场强度、材料的类型等物理量。

本实验旨在通过实际操作，深入了解霍尔效应的物理原理、测量方法及其应用，并学习相关数据的处理与分析方法。

实验原理当一个电导体被放置于均匀磁场中，电导体内的自由电子受到洛伦兹力的作用而偏转。

因此，从一个边缘到另一个边缘的自由电子轨道长度增加，电场强度也相应地增加，从而导致电势差。

这种现象称为霍尔效应。

如图1所示，当一个电导体被放置在均匀磁场中，自由电子的运动路径受到洛伦兹力的影响，偏向的方向垂直于电流方向和磁场方向。

偏转的自由电子会集中在电导体的一侧，另一侧则缺少自由电子。

因此，在沿电导体宽度方向施加电场E时，电子从一个侧面流向另一侧面，在这个过程中，电势差V将出现在电导体的宽度方向上。

当电流$I$通过电导体时，霍尔电势差$V_H$与电流$I$、磁感应强度$B$和材料的霍尔系数$R_H$之间存在如下关系：$$V_H=R_HB\frac{IB}{d}$$其中，$d$为电导体的厚度。

霍尔系数$R_H$可以通过测量电势差$V_H$、电流$I$和磁感应强度$B$来计算。

在实验中，通常使用双臂电桥测量$V_H$，从而计算出$R_H$。

实验器材1. 磁场传感器2. 电流源3. 电压表5. 双臂电桥6. 示波器实验流程1. 将电导体固定在磁场传感器上，并将电流通入电导体中。

2. 通过稳流电源调节电流值，并通过电压表测量电流值。

3. 在磁场传感器上调节磁感应强度，使其达到一定的值。

4. 连接双臂电桥，调整电桥的平衡，记录下电桥平衡时的两臂电压。

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?ib1isbrhs （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。