大学物理实验讲义实验用霍尔效应法测量磁场

大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场实验名称：用霍尔效应法测量磁场实验目的：1. 学习使用霍尔效应测量磁场；2. 熟悉实验仪器和操作方法。

实验器材：1. 霍尔效应磁场测量仪；2. 电磁铁；3. 直流电源；4. 万用表。

实验原理：霍尔效应是指将电流通过一个导体时，如果该导体处于垂直于磁场方向的磁场中，导体上将会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。

霍尔电压与磁场的强度具有一定的关系，可以通过测量霍尔电压来测量磁场的强度。

根据霍尔效应的原理，可得到以下公式：\[E_H = K \cdot B \cdot I\]其中，E_H为霍尔电压，K为霍尔常数，B为磁场强度，I为通过导体的电流。

实验步骤：1. 连接实验仪器。

将实验仪器的电源接入直流电源，将电磁铁的输入端接入直流电源的正极，将输出端接入实验仪器的霍尔电压测量端。

2. 调节电磁铁的电流。

通过调节直流电源的电流大小，控制电磁铁的磁场强度。

3. 测量霍尔电压。

通过实验仪器的读数，记录下给定电流下的霍尔电压。

4. 重复步骤2和步骤3，分别记录不同电流下的霍尔电压值。

5. 绘制电流与霍尔电压的图线。

6. 根据拟合直线的斜率和霍尔常数的关系，计算磁场强度。

注意事项：1. 实验过程中，要注意安全，避免触电和磁场对身体的影响。

2. 测量时需保持实验环境的恒温和较低的干扰。

3. 操作仪器时要注意仪器的使用说明，避免操作不当导致误差。

4. 测量结果的精度和准确性取决于实验仪器的精度、操作人员的技术水平和实验环境的条件等因素。

实验结果：根据测量所得的电流和霍尔电压数据，绘制出电流与霍尔电压的图线。

利用图线的斜率和霍尔常数的关系，计算出磁场的强度。

实验 3.1.8 用霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有很多，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍霍尔效应法测磁场的方法，它具有测量原理简单、测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。

实验目的和任务1. 学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。

2. 了解圆线圈和亥姆霍兹线圈磁场的特点。

3. 测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。

实验仪器、设备及材料FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪。

实验原理1. 载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 (1) 载流圆线圈的磁场根据毕奥-萨伐尔定律，N 匝半径为R ，通以电流强度为I 的圆线圈，其轴线上某点的磁感应强度为:2022322()N IR B R x μ=+ (1)式中x 为轴线上某点到圆心O 点的距离，710410H m μπ--=⨯⋅，其磁感应强度B 在轴线上的分布如图1(a )所示。

图1在流线圈的磁感应强度B 分布(a)(b)本实验取400N =匝、400I mA =及0.100R m =，则在圆心O 点0x =处，可算得磁感应强度 100053.13T B -⨯=。

(2) 亥姆霍兹线圈的磁场所谓亥姆霍兹线圈是指大小相同，间距等于其半径，通以电流的强度和方向相同，且平行共轴的一对圆线圈，如图1(b )所示。

设亥姆霍兹线圈轴线上某点离原点O （两线圈圆心连线的中点）的距离为x ，则其磁感应强度大小为32322222201()()222R R B NIR R x R x μ--⎧⎫⎪⎪⎡⎤⎡⎤=++++-⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎪⎪⎩⎭(2)这种线圈的特点是能在其原点O 附近产生较大的均匀磁场区域。

这种均匀磁场在生产和科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。

2. 用霍尔效应测磁场的原理在匀强磁场B 中放一板状导体，使导体板面与B 方向垂直（如图2所示），如果在板状导体中沿着与磁场B 垂直的方向通以电流H I ，那么导体在垂直于电流和磁场方向的两端就会产生一定的电势差H U ，这种现象称为霍尔效应，电势差H U 称为霍尔电压。

【⼤学物理实验】霍尔效应与应⽤讲义霍尔效应与应⽤1879年，年仅24岁的霍尔在导师罗兰教授的⽀持下，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，霍尔的发现在当时震动了科学界，这种效应被称为霍尔效应。

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。

通过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科的杂质电离能和材料的禁带宽度。

如今常规霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要⼿段，利⽤该效应制成的霍尔器件已⼴泛⽤于⾮电量的电测量、⾃动控制和信息处理等各个研究领域。

该实验要求学⽣了解霍尔效应的基本原理、霍尔元件的基本结构，测试霍尔元件特性的⽅法，并对测量结果给出正确分析和结论。

⿎励学⽣运⽤霍尔效应的基本原理和霍尔元件的特性，设计⼀些测量磁场，或各种⾮磁性和⾮电性物理量的测量的实验⽅案，例如：磁场分布、位置、位移、⾓度、⾓速度等。

让学⽣更好的运⽤霍尔效应来解决⼀些实际问题。

⼀、预备问题1．霍尔效应在基础研究和应⽤研究⽅⾯有什么价值？2．如何利⽤实验室提供的仪器测量半导体材料的霍尔系数？3．怎样判断霍尔元件载流⼦的类型，计算载流⼦的浓度和迁移速率？4．伴随霍尔效应有那些副效应？如何消除？5．如何利⽤霍尔效应和元件测量磁场？6．如何利⽤霍尔元件进⾏⾮电磁的物理量的测量？7．若磁场的法线不恰好与霍尔元件⽚的法线⼀致，对测量结果会有何影响？如何⽤实验的⽅法判断B与元件法线是否⼀致？8．能否⽤霍尔元件⽚测量交变磁场？⼆、引⾔霍尔效应发现⼀百多年来，在基础和应⽤研究范围不断扩展壮⼤，反常霍尔效应、整数霍尔效应、分数霍尔效应、⾃旋霍尔效应和轨道霍尔效应等相继被发现，并构成了⼀个庞⼤的霍尔效应家族。

1985年克利青、多尔达和派波尔因发现整数量⼦霍尔效应，荣获诺贝尔奖；1998年诺贝尔物学理奖授予苏克林、施特默和崔琦，以表彰他们发现了分数量⼦霍尔效应。

实验4.14 霍尔效应法测磁场一、实验目的1)学习霍尔效应的物理过程和负效应的产生原理和消除方法2)学习应用霍尔效应测量磁场的原理方法二、实验仪器霍尔效应实验组合仪三、实验原理霍尔传感器是利用霍尔效应支撑的磁敏传感器，如图所示，输出的霍尔电压V H=K H I S B式中，K H为传感器灵敏度，I S为电流，B=K M I M为传感器测得的磁感应强度。

每个传感器的K H都不同。

利用传感器测磁场要先测定K H。

I S为恒流源，B由励磁电流I M激发，（K M为单位电流流过线圈时的磁感应强度，仪器上标出）。

实验中恒流源输出工作电流I S、励磁电流I M,在相应条件下测出霍尔电压V H即可标定灵敏度。

为研究霍尔传感器的稳定性以及工作范围，本实验利用霍尔传感器进行输出霍尔电压V H和传感器工作电流I S或磁感应强度B等物理量之间的研究霍尔效应原理一块宽为b，厚为d的矩形半导体薄片（N型，载流子为电子），沿着y方向加一恒定工作电流I S，x方向上加一恒定磁场B，就有洛伦兹力f B=evB（1）。

E 为运动电荷电量，v为电荷速度，f B沿z轴负向。

在洛伦兹力的作用下，样品中的电子偏离原来的移动方向向样品下方运动聚集。

随着电子偏移累积，上方出现正电荷（空穴），形成了上下的霍尔电场。

根据E=V H/b，在A和A′面有霍尔电压V H。

当电厂建立后，它会给运动点和施加一个与洛伦兹力凡响的电场力f E=eE H。

随着电子继续积累，E H的电场力f H逐渐增大，当电场力和洛伦兹力平衡，电子的积累也达到动态平衡，两个面之间形成稳定的霍尔电场E H。

则有E H=evB （2）e V Hb=evB （3）设载流子浓度为n，则六斤半导体的电流密度为j=env （4）v=jne=I Sbdne（5）则（5）中，b为半导体片宽度，d为厚度，e为载流子电量。

将（5）代入（3），令R H=1/en，得V H=I S Bend=R HI S Bd（6）其中R H为霍尔系数，为反映霍尔效应强弱的重要参数。

霍尔效应法测磁场的实验报告一、实验目的本实验旨在通过霍尔效应法测量不同磁场强度下的霍尔电压，并计算出磁场的大小。

二、实验原理1. 霍尔效应当导体中有电流流过时，如果将另一个垂直于电流方向和导体面的磁场施加在导体上，则会产生一种称为霍尔效应的现象。

该效应表明，在垂直于电流方向和导体面的方向上，将会产生一个电势差，这个电势差就叫做霍尔电压。

2. 磁场大小计算公式根据霍尔效应原理，可以得到计算磁场大小的公式为：B = (VH/IR)×1/K其中，B表示磁场强度；VH表示测得的霍尔电压；I表示通过样品的电流；R表示样品材料的电阻率；K表示霍尔系数。

三、实验器材1. 万用表2. 稳压直流电源3. 磁铁4. 霍尔元件四、实验步骤及数据处理1. 将稳压直流电源接入到霍尔元件上，并设置合适的输出电压和输出电流。

2. 将磁铁放置在霍尔元件的两侧，使磁场垂直于霍尔元件的平面。

3. 测量不同磁场强度下的电压值，并记录数据。

4. 计算出每个电压值对应的磁场大小，并绘制磁场强度与电压之间的关系曲线。

5. 根据实验数据计算出样品材料的电阻率和霍尔系数，并进行比较分析。

五、实验结果分析通过实验测量得到了不同磁场强度下的霍尔电压，根据计算公式可以得到相应的磁场大小。

绘制出了磁场强度与电压之间的关系曲线，可以看出二者呈现线性关系。

通过计算得到样品材料的电阻率和霍尔系数，可以发现不同样品材料具有不同的电阻率和霍尔系数，这也说明了不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的。

六、实验结论本次实验通过测量霍尔效应法测量了不同磁场强度下的霍尔电压，并计算出了相应的磁场大小。

通过数据处理得到了样品材料的电阻率和霍尔系数，并进行了比较分析。

实验结果表明，不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的，这也为磁场探测提供了一定的参考依据。

霍尔效应测磁场基本定义：当稳恒磁场垂直作用于载流导体（或半导体）一段时间后，在导体（或半导体）的另外两个端面上会产生电位差（称霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。

霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。

【教学目的】1.学会利用霍尔效应测量磁感应强度。

2. 加深对霍尔效应的理解。

3. 掌握异号消除系统误差的方法。

4.掌握UJ31低电势电位差计的使用方法【教学重点】学会利用霍尔效应测量磁感应强度【教学难点】掌握异号消除系统误差的方法。

【教学方法】以学生实验操作为主；讲授、讨论、演示相结合。

【实验仪器】霍尔元件测磁场装置、直流毫安表、直流安培表、UJ31 低电势电位差计、200Ω滑线变阻器、AC15型直流复射式检流计、干电池、蓄电池、稳压电源、标准电池和导线若干。

【学时】3学时【课程讲授】1. 什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关系？回答: 霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。

2. 霍尔系数跟什么有关?回答：由霍尔材料的性质决定。

3. 霍尔元件里的电子受到几个力的作用？回答：洛仑磁力和霍尔电场力两个力作用一、实验原理垂直于磁场运动的带电离子将受到洛伦兹力m F q υ=×B 的作用，其中，q 为带电离子的电量，υ为带电离子的速度，B 为磁场的磁感应强度。

取一块形状为长方体、电子导电的半导体，如图3.24所示。

在它的左右两端焊接上电极（标记为3和4），通以自左向右的直流电流d d q I t ==d nqV t=霍尔效应原理d nq bd dt nq bd tυυ=，则半导体中的电子会产生定向移动。

然后在它的前后两端通以稳恒磁场，由于洛伦兹力的作用，电子将向上偏转积聚在上表面，下表面由于少了电子而带正电，上下两面将很快形成一个稳定的电场，且电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反，电子不再偏转，上下两面产生恒定的电势差（霍尔电压），连接上下电极1和2，则可测量霍尔电压的大小。

大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场实验目的：1.熟悉霍尔效应的基本原理。

2.掌握用霍尔效应法测量磁场的方法。

3.了解LCR电路的基本原理及其在霍尔效应实验中的应用。

实验原理：1.霍尔效应当一个半导体片被放置在一个磁场中时，正常的电流方向将被改变，这是霍尔效应的重要特征。

在一个横向磁场中，电子将受到一个力，使它们沿一个轴移动，这个轴垂直于电流和磁场之间的平面。

由于电荷的分布而产生的电压称为霍尔电压，它与磁感应强度和电流成正比。

2.LCR谐振电路LCR谐振电路是一种电路，可以在给定频率下将电压最小化。

它包括一个电感，一个电容和一个电阻器。

在特定的谐振频率下，当电感和电容的电流达到平衡时，电阻器的电流将为零。

这时电路的表现出来的阻抗是最小的，因此在谐振频率下可以测量出磁场。

实验器材：霍尔效应实验装置、电源、导线、万用表、量角器、磁铁。

实验步骤：1.首先将霍尔效应实验装置放在静磁场中，并用万用表确认磁场的磁感应强度。

2.将红色电缆夹子连接到霍尔片上的直流电极，将黑色夹子连接到其左边的垂直电极，用导线将电缆夹子连接到电源上。

3.用万用表检查电源输出电压的值。

将电源输出电压调整到所需的范围。

4.将量角器放在霍尔片上，测量电流通过载流电极时，霍尔片的垂直电极与磁场之间的夹角。

5.打开电源，调整电流强度至所需范围。

6.将电阻器调至LCR电路上的电阻元件的最佳位置。

7.使用万用表或示波器测量在谐振频率下所具有的最小值。

8.再次使用量角器，测量电流通过霍尔片时，霍尔电压与磁场之间的夹角。

9.用霍尔电压和磁感应强度计算出霍尔常数。

1.通过等式VH = IBZH / e d，我们可以计算出横向电场的霍尔电压，其中IB是电流，ZH是霍尔电阻，e是电子的带电量，d是半导体晶片的厚度。

3.使用等式R = V/IH计算出霍尔电阻。

实验结果分析：通过实验数据处理，我们可以计算出霍尔电阻和霍尔常数，并使用它们来确定磁场的强度。

霍尔效应法测量磁场实验报告霍尔效应法测量磁场实验报告引言：磁场是物理学中一个重要的概念，它在我们的日常生活中扮演着重要的角色。

为了准确测量磁场的强度和方向，科学家们发明了多种测量方法。

其中一种常用的方法是利用霍尔效应进行测量。

本实验旨在通过霍尔效应法测量磁场，探究霍尔效应的原理和应用。

实验步骤：1. 实验仪器准备：将霍尔元件、电源、数字万用表等仪器连接好，确保电路连接正确。

2. 调整电路：通过调整电源电压和电流，使得霍尔元件正常工作。

3. 测量电压：用数字万用表测量霍尔元件产生的电势差（霍尔电压）。

4. 改变磁场：通过改变磁场的强度和方向，观察霍尔电压的变化。

5. 记录数据：记录不同磁场条件下的霍尔电压数值，并绘制磁场与霍尔电压的关系曲线。

实验原理：霍尔效应是指当电流通过导体时，如果该导体处于垂直于磁场的情况下，就会在导体两侧产生一种电势差，即霍尔电压。

霍尔电压的大小与磁场的强度和方向有关。

根据霍尔效应的原理，我们可以通过测量霍尔电压来间接测量磁场的强度和方向。

实验结果：在实验中，我们改变了磁场的强度和方向，观察到了相应的霍尔电压变化。

当磁场的强度增加时，霍尔电压也随之增加；当磁场的方向改变时，霍尔电压的正负号也会相应改变。

通过记录数据和绘制曲线，我们可以清晰地看到磁场与霍尔电压之间的关系。

实验讨论：通过实验，我们验证了霍尔效应法测量磁场的可行性。

然而，实验中也存在一些误差和不确定性。

首先，霍尔元件本身的参数和性能可能会对实验结果产生影响。

其次，电路连接的稳定性和准确性也会对测量结果产生影响。

在实际应用中，我们需要对这些因素进行充分考虑，并采取相应的措施来减小误差。

实验应用：霍尔效应法广泛应用于磁场测量和传感器技术中。

通过利用霍尔效应，我们可以制造出各种类型的磁场传感器，用于测量和控制磁场。

例如，在电动汽车中，霍尔效应传感器可以用于测量电动机的转速和位置，从而实现精确的控制。

此外，霍尔效应还可以应用于磁存储器、磁共振成像等领域。

用霍尔效应测量磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。

2、学会使用霍尔效应测量磁场的方法。

3、掌握霍尔电压的测量和数据处理。

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，这种现象称为霍尔效应。

假设导体中的载流子是自由电子，它们在电场 E 和磁场 B 的作用下会受到洛伦兹力 F ＝ e(v×B)，其中 e 为电子电荷量，v 为电子的平均定向移动速度。

当电子受到的洛伦兹力与电场力平衡时，即 e(v×B) ＝ eE，可得 E ＝ v×B。

此时在垂直于电流和磁场的方向上会产生霍尔电场 EH，霍尔电场对电子的作用力与洛伦兹力方向相反。

当霍尔电场对电子的作用力与洛伦兹力相等时，达到稳定状态，此时霍尔电压 VH ＝ EH·b，其中 b为导体在磁场方向上的宽度。

根据霍尔效应的公式：VH ＝ KH·I·B，其中 KH 为霍尔元件的灵敏度，I 为通过霍尔元件的电流，B 为磁场强度。

三、实验仪器1、霍尔效应实验仪，包括霍尔元件、励磁电流源、工作电流源、数字电压表等。

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，将霍尔元件插入实验仪的插槽中，确保连接牢固。

2、调节励磁电流源，使磁场强度逐渐增加，同时记录对应的霍尔电压。

3、改变工作电流的方向，重复步骤 2，测量并记录数据。

4、用特斯拉计测量磁场强度，与通过霍尔效应测量得到的结果进行对比。

五、实验数据记录与处理｜励磁电流（A）｜工作电流（mA）｜霍尔电压（mV）｜磁场强度（T）｜｜｜｜｜｜｜05|10|25|01|｜05|20|50|01|｜10|10|50|02|｜10|20|100|02|根据实验数据，绘制霍尔电压与励磁电流、工作电流的关系曲线，并通过线性拟合求出霍尔元件的灵敏度 KH。

六、实验结果分析1、从实验数据可以看出，霍尔电压与励磁电流和工作电流都成正比关系，符合霍尔效应的基本原理。

实验16用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从~1015-310T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。

常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。

一般地，霍尔效应法用于测量10~104-T 的磁场。

此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。

但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。

用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。

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，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，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，将有更为广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。

【实验目的】1. 了解霍尔效应产生的机理。

2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。

3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。

4. 研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。

【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。

【实验原理】1. 霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，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附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。

特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。

霍尔电压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。

用霍尔效应测量磁场的实验报告
实验目的：掌握用霍尔效应测量磁场的方法，并测量出磁场的大小。

实验原理：当一个电流通过一块导体板时，如果与该板垂直方向的磁场发生变化，板上就会产生电势差，即霍尔电压，这就是霍尔效应。

霍尔效应的公式为：VH=B·IB·d，其中VH为霍尔电压，B为磁场大小，IB为电流大小，d为针对霍尔元件的厚度。

实验材料：磁铁、霍尔元件、导线、电流表、电压表、万用表。

实验步骤：
1. 在实验板上固定霍尔元件，并将元件上的三个接头与接线柱连接。

2. 连接电路：电流表与霍尔元件串联，接线柱连接电流源，电源的正电极通过导线连接与霍尔元件的横向端子相接，负极通过导线连接与霍尔元件的竖向端子相接。

3. 调节电流源的纹波电流为零，保证恒流源的输出电流稳定在一个合适的电流值。

4. 将磁铁从霍尔元件上方经过，记录其所在位置和霍尔电压。

5. 依次改变磁铁的位置，记录每个位置的霍尔电压。

6. 将上述实验结果整理，根据霍尔效应公式求出磁场大小B。

实验结果：
磁铁位置（cm）霍尔电压（V）
0 0
1 0.14
2 0.28
3 0.42
4 0.56
公式计算：B=VH÷IB÷d，VH=0.56V，IB=0.5A，d=0.1mm。

B=0.56÷0.5÷0.1=11.2T。

实验结论：通过霍尔效应测量出磁场大小为11.2T。

实
验
报
告
实验名称霍尔效应测量磁场
专业班级：组别：
姓名：学号：
合作者：日期：
B
图3.4-1N型半导体
图1N型半导体
图2励磁电流与磁感应强度的B-I曲线图
轴方向磁感应强度的分布
0.0 2.0 4.0 6.08.010.015.020.0-43-65-119-189-198-198-193-188图3电磁铁间隙内B-x 曲线图
电磁铁间隙内磁感应强度的y 方向分布（500=B
I mA ，S I =10.00mA
．电磁铁中心处磁感应强度为T 15.1=B 。

图4电磁铁间隙内B-y 曲线图
H eE evB
=霍尔电压H U 的大小为
1S S
H H H I B I B
U E b R ne d d
==
=H R 称为霍尔系数，令1H H R K d ned
=
=，则H H S U K I B
=（3）结合电路图可以判断工作电流流入霍尔元件的方向，通过判断螺线管的绕行方向和励磁电流的流向可以判断电磁铁中的磁感应强度方向，最后结合霍尔电压表头上读数的正负可判断半导体的类型。

（4）若霍尔元件与磁场方向不垂直，则测量出的磁感应强度值减小。

若稍微转动霍尔元件在磁场中的方向，若霍尔电压值变小，则说明霍尔元件表面与磁场方向垂直。

DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪使用说明书一、概述DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪用于研究霍尔效应产生的原理及其测量方法，通过施加磁场,可以测出霍尔电压并计算它的灵敏度，以及可以通过测得的灵敏度来计算线圈附近各点的磁场。

二、主要技术性能1、环境适应性：工作温度 10～35℃；相对湿度 25～75%。

2、通用磁学测试仪2.1可调电压源：0～15.00V、10mA；2.2可调恒流源：0～5.000mA和0～9.999mA可变量程，为霍尔器件提供工作电流，对于此实验系统默认为0-5.000mA恒流源功能；2.3电压源和电流源通过电子开关选择设置，实现单独的电压源和电流源功能；2.4电流电压调节均采用数字编码开关；2.5数字电压表：200mV、2V和20V三档，4位半数显，自动量程转换。

3、通用直流电源3.1直流电源，电压0～30.00V可调；电流0～1.000A可调；3.2电流电压准确度：0.5%±2个字；3.3电压粗调和细调，电流粗调和细调均采用数字编码开关。

4、测试架4.1底板尺寸：780*160mm；4.2载物台尺寸：320*150mm，用于放置螺线管和双线圈测试样品；4.3螺线管：线圈匝数1800匝左右,有效长度181mm，等效半径21mm；4.4双线圈：线圈匝数1400匝(单个)，有效直径72mm，二线圈中心间距 52mm；4.5移动导轨机构：水平方向0～60cm可调；垂直方向0～36cm可调，最小分辨率1mm；5、供电电源：AC 220V±10%，总功耗：60VA。

三、仪器构成及使用说明DH-MF-SJ组合式磁场综合实验仪由实验测试台、双线圈、螺线管、通用磁学测试仪、通用直流电源以及测试线等组成。

1、测试架1.双线圈；2.载物台（上面绘制坐标轴线）； 3，4 双线圈励磁电源输入接口；5.霍尔元件；6.立杆；7.刻度尺；8.传感器杆（后端引出2组线，一组为传感器工作电流Is，输出端号码管标识为Input；一组为霍尔电势V H输出，输出端号码管标识为Output）； 9.滑座； 10.导轨； 11. 螺线管励磁电源输入接口；12.螺线管； 13.霍尔工作电流I S输入，号码管标有Input（红正，黑负）；14.霍尔电势V H输出，号码管标有Output（红正，黑负）； 15.底座图1-1组合式磁场综合实验仪（测试架图）2、通用磁学测试仪（DH0802）1.电压或电流显示窗口（霍尔元件工作电流或电压指示）；2.恒流源指示灯；3.恒压源指示灯；4.调节旋钮（左右旋转用于减小或增加输出；按下弹起按钮用于恒流源或恒压源最小步进值选择，按照显示值的个、十、百、千位依次循环切换）；5.电源输出插座（正极红+，负极黑-，为霍尔元件或传感器提供工作电源；对于此实验，系统默认为恒流输出功能，为霍尔元件提供恒定的工作电流；输出插座与霍尔元件的输入端正负极对应相连，霍尔元件测试线上对应有input标号，连线时请注意！）；6. 霍尔电压表（霍尔电势表，200.00mV，2V和20V自动量程转换）；7.量程指示灯mV； 8. 量程指示灯V；9.置零键（对某一测试值进行置零，置零后指示灯亮，此时显示值与实际值相差“置零值”；再次按置零键恢复正常测试，电压输入值等于显示值）；10.电压输入插座（正极红+，负极黑-；该输入后用于测量霍尔元件的霍尔电势V H，与霍尔元件的输出端正负极对应相连，霍尔元件测试线上对应有output标号，连线时请注意！）。

实验 --利用霍尔效应测量磁场大学物理实验预报告姓名。

实验班号。

实验号。

实验十三利用霍尔效应测量磁场实验目的：本实验旨在通过利用霍尔效应测量磁场，掌握测量磁场的方法和技巧，加深对霍尔效应原理的理解。

实验原理及仪器介绍：测量磁场需要测出的物理量包括磁场强度、霍尔电压、电流等。

计算磁场强度的公式为B=μI/2πr，其中μ为真空磁导率，I为电流，r为磁场中心到导线的距离。

在实验中，除了霍尔电压外，还会受到其他因素引起的附加电压的干扰，如热电效应、接触电阻等。

这些影响因素可以分为内部因素和外部因素。

消除这些影响因素的方法包括使用差动放大器、保持电路稳定等。

螺线管内外磁场测定装置上的换向开关可以改变励磁电流的方向，从而改变磁场的方向。

具体工作原理为，当开关切换时，电路中会产生瞬时电流，从而改变磁场的方向。

实验内容：在实验中使用霍尔元件时需注意以下事项：首先，霍尔效应专用电源、螺线管内外磁场测定装置和霍尔元件之间的励磁电流、工作电流、霍尔电压必须一一对应，否则将会产生误差。

其次，在连接电路前和实验结束后，应对励磁电流、工作电流调节旋钮进行调整，以保证实验的准确性。

测量螺线管内部磁场分布时，应从螺线管中部开始测量，并通过调整霍尔片的位置确定其处于螺线管正中间。

此外，由于流经螺线管的励磁电流很大，会使螺线管发热，从而影响霍尔元件的灵敏度，因此在实验时需采取相应措施克服这一影响。

当霍尔元件将要移出螺线管时，霍尔效应专用电源显示的电压可能会发生变化，这是由于霍尔电压的方向与磁场方向的变化导致的。

在实验中应当注意观察这一现象，并分析其原因。

霍尔效应测量磁场【实验目的】(1) 了解霍尔效应的基本原理(2) 学习用霍尔效应测量磁场【仪器用具】仪器名参数电阻箱∅霍尔元件∅导线∅SXG-1B毫特斯拉仪±(1% +0.2mT) PF66B型数字多用表200 mV档±(0.03%+2)DH1718D-2型双路跟踪稳压稳流电源0~32V 0~2A Fluke 15B数字万用表电流档±(1.5%+3)Victor VC9806+数字万用表200 mA档±(0.5%+4)【实验原理】(1)霍尔效应法测量磁场原理若将通有电流的导体至于磁场B之中，磁场B(沿着z轴)垂直于电流I S(沿着x轴)的方向，如图1所示则在导体中垂直于B和I S方向将出现一个横向电位差U H，这个现象称之为霍尔效应。

图 1 霍尔效应示意图若在x方向通以电流I S，在z方向加磁场B，则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力F E洛伦兹力F B相等时：q(v×B)=qE此时电荷在样品中不再偏转，霍尔电势差就有这个电场建立起来。

N型样品和P型样品中建立起的电场相反，如图1所示，所以霍尔电势差有不同的符号，由此可以判断霍尔元件的导电类型。

设P型样品的载流子浓度为p，宽度为w，厚度为的d。

通过样品电流I S=pqvwd，则空穴速率v=I S/pqwd，有U H=Ew=I H Bpqwd=R HI H Bd=K H I H B其中R H=1/pq称为霍尔系数，K H=R H/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。

(2)霍尔元件的副效应及其消除方法在实际测量过程中，会伴随一些热磁副效应，这些热磁效应有：埃廷斯豪森效应：由于霍尔片两端的温度差形成的温差电动势U E能斯特效应：热流通过霍尔片在其端会产生电动势U N里吉—勒迪克效应：热流通过霍尔片时两侧会有温度差产生，从而又产生温差电动势U R除此之外还有由于电极不在同一等势面上引起的不等位电势差U0为了消除副效应，在操作时我们需要分别改变IH和B的方向，记录4组电势差的数据当I H正向，B正向时：U1=U H+U0+U E+U N+U R当I H负向，B正向时：U2=−U H−U0−U E+U N+U R当I H负向，B负向时：U3=U H−U0+U E−U N−U R当I H正向，B负向时：U4=−U H+U0−U E−U N−U R取平均值有14(U1−U2+U3−U4)=U H+U E≈U H(3)测量电路图 2 霍尔效应测量磁场电路图霍尔效应的实验电路图如图所示。

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