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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。
物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场一、实验目的1.了解霍尔效应的基本原理，掌握用霍尔元件测量磁场的方法；2.熟悉磁场的分布规律；3.提高实验操作技能。
二、实验原理霍尔效应是指当一块导体横放于一匀强磁场中，通过导体的电流与磁场的作用，将会在导体横向出现一感生电场，这种现象称为霍尔效应。
可知，霍尔电压与导体所受磁感应强度、电流及导体材料有关，并与导体的尺寸成反比。
通过以霍尔元件为主体，满足一系列条件如导体安放的方向、电流的大小等，就可以依赖观察测量得到任一位置的磁场强度。
其中，磁场通过元件中心处垂直于元素面且方向垂直于感应电场方向。
三、实验装置霍尔元件、匀强磁场、直流电源、电阻箱、万用表、直角支架及其对应的的读数器件等等。
四、实验步骤1.首先将霍尔元件嵌入直角支架上，并悬挂于匀强磁场内使其处于垂直磁场的状态。
2.调整直流电源输出电压，控制通入霍尔元件的电流为3~5 mA，然后逐步改变电流的流向直到得到正常显示结果。
3.用万用表测量并记录霍尔元件两端的电压VH值。
4.根据公式计算出磁场强度B，并注意所用单位。
五、数据记录实验中需记录磁场强度的数值、敏感电势和相关的各个参数值。
六、实验结果和分析实验得出的数据，需绘制相关的图形对其进行分析，以方便验证减小误差并求得实验的精确值。
例如可以绘制B与VH的线性图，并通过其中的斜率及相关公式求取磁场强度的值。
七、实验注意事项1.所有插头的接口端不该触电，表明到位连接后便可插上。
2.霍尔元件一定要安装正确及放置垂直于磁场的方向。
3.匀强磁场可以借助其他工具制作，如砂铁等等。
4.实验操作时注意电流，且变化时要慢慢进行，以免电流过大或过小而影响实验效果。
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41、用霍耳效应法测量磁场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，这称之为霍尔效应。
霍尔效应主要用于测定半导体材料电学参数、非电量电测自动控制等方面。
通过这个实验可以重点学习如下内容：1）测量磁场的霍尔效应法。
2）对称测量法。
3）霍尔效应仪的连接和调节。
【实验目的】1）了解产生霍尔效应的物理过程。
2）学会应用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
【实验仪器】霍尔效应实验仪【实验原理】霍尔效应是1879年霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
如图所示,一块长为,宽为，厚为的矩形半导体薄片（N型，载流子是电子，带负电），沿Y方向加上一恒定工作电流，沿X方向加上恒定磁场，就有洛仑兹力。
（1）式中：为运动电荷的电量；为电荷运动的速度，沿Z负方向。
在洛仑兹力的作用下，样品中的电子偏离原流动方向而向样品下方运动，并聚积在样品下方。
随着电子向下偏移，在样品上方会多出带正电的电荷（空穴）。
这样，在样品中形成了一个上正下负的霍尔电场，根据，在、面间便有霍尔电压。
当建立起来后，它又会给运动的电荷施加一个与洛仑兹力方向相反的电场力，其大小为。
随着电子在面继续积累，的电场力也逐渐增大，当两力大小相等（即）时，霍尔电场对电子的作用力与洛仑兹力相互抵消，电子的积累达到动态平衡，、间便形成一个稳定的霍尔电场，则有：（2）(3）设N型半导体的载流子浓度为，流过半导体样品的电流密度为（4）则（5）式中, 为半导体薄片的宽度；为半导体薄片的厚度，为载流子的电量。
将（5）式代入（3）式，并令，可得（6）式中称为霍尔系数，它是反应霍尔效应强弱的重要参量。
在实际应用中（6）式常写成（7）式中称为霍尔元件的灵敏度，单位mV/（mA·T）或mV/（mA·kGS）；为霍尔元件的工作电流（单位mA）；为垂直于半导体薄片的磁感应强度（单位T或kGS）。
若已测定，实验中测出样品的工作电流和霍尔电压，利用（7）式便可测得磁感应强度，即（8）半导体材料有N型（电子型）和P型（空穴型）两种，前者载流子为电子，带负电；后者载流子为空穴，带正电。
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。
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磁场强度，并掌握霍尔效应的基本原理和测量方法。
二、实验原理1. 霍尔效应霍尔效应是指在一个导体中，当有电流通过时，在该导体中产生横向磁场时，将会出现一种电势差，这种现象就称为霍尔效应。
该电势差与磁场强度、电流大小以及材料特性有关。
2. 霍尔元件霍尔元件是利用霍尔效应制造的元器件，它可以将磁场转化为电信号输出。
通常采用n型半导体材料制成，具有高灵敏度和线性度好等特点。
3. 测量方法利用霍尔元件可以测量磁场强度。
首先将待测磁场垂直于霍尔元件所在平面，然后通过调整外加直流电压的大小和方向，使得霍尔元件输出的电势差为零。
此时所加直流电压即为待测磁场强度。
三、实验器材1. 霍尔元件2. 直流稳压电源3. 万用表4. 磁铁5. 铜线四、实验步骤1. 将霍尔元件固定在试验台上，并将其与直流稳压电源和万用表连接好。
2. 将磁铁放置在霍尔元件旁边，调整其位置和方向，使得磁场垂直于霍尔元件所在平面。
3. 通过调整直流稳压电源的输出电压大小和方向，使得万用表读数为零。
此时所加直流电压即为待测磁场强度。
4. 更换不同大小的磁铁，重复以上步骤，记录不同磁场下的电势差和电流值。
五、实验结果分析1. 数据处理根据实验数据计算出不同磁场下的电势差和电流值，并绘制出它们之间的关系图。
通过拟合曲线可以得到待测磁场强度与输出电势差之间的函数关系式。
2. 实验误差分析在实际操作中，由于仪器精度、环境温度等因素的影响，可能会产生一定误差。
此时需要对数据进行处理，并考虑误差来源及其影响程度。
六、实验结论通过本次实验可以得出以下结论：1. 霍尔效应是一种将磁场转化为电信号输出的现象，其电势差与磁场强度、电流大小以及材料特性有关。
2. 利用霍尔元件可以测量磁场强度，通过调整外加直流电压的大小和方向，使得霍尔元件输出的电势差为零，此时所加直流电压即为待测磁场强度。
3. 在实际操作中，需要考虑仪器精度、环境温度等因素对实验结果的影响，并进行误差分析和数据处理。
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。
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。
当带电粒子（电子和空穴）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积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。
对于图1-1（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受到洛仑兹力大小为：evB F g =（1-1）则在Y 方向，在试样A 、A '电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场——霍尔电场。
电场的指向取决于试样的导电类型，对N 型半导体试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型半导体试样，霍尔电场则沿Y 方向，即有：当S I 沿X 轴正向、B 沿Z 轴正向、H E 逆Y 正方向的试样是N 型半导体。
当S I 沿X 轴正向、B 沿Z 轴正向、H E 沿Y 正方向的试样是P 型半导体。
显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受到的横向电场力H E eE F =与洛仑兹力evB F g =大小相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有：B v e eE H =（1-2）其中H E 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：bd v ne I S =（1-3）而霍尔电压b E V H H =，这样，由（1-2）、（1-3）式可求得：dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1（1-4）即霍尔电压H V （A 、A '电极之间的电压）与B I S 乘积成正比，与试样厚度成反比，比例系数neR H 1=称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出H V （伏）以及知道S I （安）、B （高斯）和d （厘米），就可按照下式计算H R （厘米3/库仑）。
810⨯=BI dV R S H H （1-5）上式中的810是由于磁感应强度B 用电磁单位（高斯），而其他各量均采用CGS 实用单位而引入。
根据H R 可进一步确定以下参数：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断的方法是按照图1-1所示的S I 和B 的方向，若测得的0<='A A H V V ，（即点A 的电位低于点A '的电位），则H R 为负，样品属N 型，反之则为P 型。
2. 由H R 求载流子浓度n 即eR n H 1=。
应该指出，这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移速度得到的，严格一点来说，考虑到载流子的统计分布，需引入8/3π的修正因子（本实验不作严格要求，有兴趣的读者可参阅黄昆、谢希德着《半导体物理学》）。
3. 结合电导率的测量，求载流子的迁移率μ电导率σ与载流子浓度n 及迁移率μ之间有如下关系μσne =（1-6）即σμH R =，通过实验测出σ值即可求出μ。
综上所述，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率μ高、电阻率ρ亦较高）的材料。
因μρ=H R ，就金属导体而言，μ和ρ均很低，而不良导体ρ虽高，但μ极小，因而上述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，是制造霍尔器件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔器件都采用N 型材料，其次，霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔器件的输出电压较片状的要高得多。
对于成品的霍尔器件，其H R 和厚度d 已知，所以实用上采用：nedK H 1=（1-7） 来表示器件的灵敏度，这样（1-4）式写成： B I K V S H H =（1-8）式中，H K 称为霍尔器件的灵敏度（其值由制造厂家给出）。
它表示该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压，一般要求霍尔器件的灵敏度H K 越大越好。
（1-8）中的单位取S I 为mA ，H V 的单位用mV ，B 的单位用kG （千高斯）或0.1T （特斯拉），这样，H K 的单位为kG mV/mA ⋅或是0.1T mV/mA ⋅。
由（1-8）式有：SH HI K V B =（1-9）由（1-9）式可知，如果知道了霍尔器件的灵敏度H K ，用仪器分别测出控制电流S I 和霍尔电压H V ，就可以算出磁场B 的大小，这就是用霍尔效应测磁场的原理。
由于霍尔效应的建立需要的时间很短（约在141210~10--s 内），因此，使用霍尔器件时可以用直流电或交流电，若控制电流S I 用交流电t I I S S ωsin 0=，则t I B K B I K V S H S H H ωsin 0⋅=⋅⋅=（1-10）所得的霍尔电压也是交变的。
这时的S I 和H V 均应理解为有效值。
2. 霍尔电压H V 的测量方法应该说明，在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应，以致实验测得的A 、A '两电极之间的电压并不等于真实的H V 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（参阅附录），具体做法是保持S I 和B （即M I ）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S I 和B 组合的A 、A '两点之间的电压1V 、2V 、3V 、4V ，即：+S I +B 1V +S I -B 2V -S I -B 3V -S I +B 4V然后求上述四组测量数据1V 、2V 、3V 、4V 的代数平均值，可得：)(414321V V V V V H -+-=（1-11）根据对称测量法求得的H V ，虽然还存在着个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小。
可以忽略不计。
（1-9）、（1-11）两式就是本实验用来测量磁感应强度的依据。
3. 电导率σ的测量σ 可以通过图1-1所示的A 、C （或A '、C '）电极进行测量，设A 、C 间的距离为l ，样品的横截面积为bd S =，流经样品的电流为S I ，在零磁场下，若测得A 、C （A '、C '）间的电位差为0V （AC V ），则可以由下式求得σ：SV lI S 0=σ（1-12） 4. 载流长直螺线管内的磁感应强度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，可以从对各圆形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：M NI B 00μ=（1-13）式中，0μ为真空磁导率，N 为螺线管单位长度的线圈匝数（其值已在仪器上标明），M I 为线圈的励磁电流。
由图1-2所示的长直螺线管的磁力线分布可知，其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系，图1-2长直螺线管的磁力线分布图渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其内部的磁场是均匀的，仅在靠近两端口处，才呈现明显的不均匀性，根据理论计算，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，即：M NI B B 02121μ==中点端点（1-14） 对于一个有限长的螺线管，其内轴线上任一点P 处的磁感应强度为:)cos (cos 2120ββμ-=M P NI B （1-15）当螺线管的长度L 和直径D 相比有D L >>时，πβ→1，02→β，则有M P NI B 0μ=（1-16）这时，螺线管内部磁场的计算与无限长螺线管情况一致。
在实验装置中，霍尔器件被封装在一个黑色塑料保护壳内并连接在一金属探杆上，可沿螺线管轴线移动（霍尔器件平面与磁场方向垂直），转动霍尔器件探杆支架的旋纽1X 、2X ，可改变霍尔器件在磁场中的位置，以测定通电长直螺线管内轴向各处的磁感应强度。
【仪器介绍】1. TH-S 型螺线管磁场实验仪TH-S 型螺线管磁场实验仪结构如图1-3所示，主要由三部分组成:（1） 长直螺线管螺线管由漆包铜线密绕而成的，管的长度=L28cm ，单位长度的线圈匝数N （匝/米）已经标注在实验仪上。
（2） 霍尔器件和调节机构霍尔器件如图1-4所示，它有两对电极，A 、A '电极用来测量霍尔电压H V ，D 、D '电极为工作电流电极，两对电极用四线扁平线经探杆引出，分别接到实验仪的H V 输出开关和S I 换向开关处。
霍尔器件的灵敏度H K 与载流子浓度成反比，因半导体材料的载流子浓度随温度变化而变化，故H K 与温度有关。
实验仪上给出了该霍尔器件在15℃时的H K 值。
如图1-3所示，探杆固定在二维（X 、Y 方向）调节支架上，其中Y 方向调节支架通过旋纽Y 调节图1-4霍尔器件示意图轴向调节支架X 2I S 换向D D 纵向调节支架YX 1X 2四线扁平线V HA A M M轴向调节支架X 1A探杆螺线管M MA DD 霍尔器件图 1-3 霍尔效应实验仪结构示意图I S 输入V H 输出I M 输入I M 换向探杆中心轴线与螺线管内孔轴线的位置，应使之重合。
