霍尔效应和旋光现象及应用教学案例

《霍尔效应》教案[精选五篇]第一篇：《霍尔效应》教案《霍尔效应》教案一、教学目标【知识与技能】知道霍尔效应的原理，了解霍尔效应在生活中的应用。

【过程与方法】通过观察实物，思考交流，分析霍尔效应的原理，了解物理学科在生活中的应用。

【情感态度与价值观】增加对物理学科的学习兴趣，体会物理学在生活中无处不在的特点，养成科学思考的学习习惯和态度。

二、教学重难点【重点】霍尔效应的产生过程。

【难点】霍尔效应的应用。

三、教学方法观察法、讨论法、问答法、多媒体展示等。

四、教学过程环节一：新课导入展示霍尔元件的实物，并介绍他的作用：能够精确测量出磁场的变化，在很多领域中都发挥着很大的作用，例如电机中测定转子转速，录像机的磁鼓，电脑中的散热风扇等。

教师提问：这个元件是怎样工作的呢?今天我们就一起来做个课题研究——霍尔效应。

环节二：新课探究展示多媒体：动画模拟产生霍尔效应的过程，请学生找到条件并进行总结。

回答：有一个矩形导体，并且有电流，加载与电流方向垂直的磁场，发现矩形导体上会出现电势差。

补充回答：电势差的方向是上下的，说明与电流和磁场构成的面垂直。

点评总结，归纳出霍尔效应的原理。

教师展示一些霍尔元件的例子说明探测磁场大小的作用。

问题：为什么霍尔元件能探测磁感应强度大小呢?回答：应该是产生的电势差发生变化，也就是说霍尔效应中，磁感应强度变化，能导致电势差的变化。

问题：很对，电势差大小还与什么有关呢?结合教材互相交流一下。

回答：还应该与电流大小、矩形导体厚度有关系。

环节三：应用提升向学生介绍霍尔传感器的原理和作用：霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。

开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。

线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。

闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。

【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。

高中物理面试霍尔效应教案
教学目标：
1. 了解霍尔效应的基本原理和应用
2. 能够描述霍尔效应在实际中的应用，并能够解决相关问题
3. 实验验证霍尔效应，并能够分析实验结果并得出结论
教学步骤：
一、导入（5分钟）
通过提问引入霍尔效应的基本概念，让学生思考并提出自己对于霍尔效应的理解。

二、讲授霍尔效应（15分钟）
1. 介绍霍尔效应的基本原理和现象
2. 讲解霍尔效应的公式以及相关参数的定义
3. 分析霍尔效应在实际中的应用，如测量电流、磁场强度等
三、实验演示（20分钟）
1. 老师进行霍尔效应的实验演示，让学生观察实验现象
2. 学生根据实验数据进行相关计算，并分析实验结果
四、小组讨论（15分钟）
1. 学生分组讨论实验结果和结论
2. 学生自由发言，分享对于霍尔效应的理解和应用
五、总结与评价（5分钟）
1. 总结本节课的内容，强调霍尔效应的重要性和应用
2. 回顾学生对于霍尔效应的理解，并对学生的表现进行评价
六、作业布置（5分钟）
布置相关作业，让学生对霍尔效应进行更进一步的了解和思考
教学资源：
1. 实验器材：霍尔元件、电源、磁铁等
2. 讲义和实验报告模板
教学评估：
1. 学生的发言和讨论情况
2. 学生实验数据的准确性和分析能力
3. 学生对于霍尔效应的理解和应用能力
教学反思：
1. 霍尔效应是一个较为抽象和复杂的概念，需要通过实验演示和互动讨论来加深学生的理解和应用能力
2. 需要鼓励学生积极参与讨论，提高他们的学习兴趣和主动性。

霍尔效应及其应用实验(FB510A型霍尔效应组合实验仪)（亥姆霍兹线圈、螺线管线圈）实验讲义杭州精科仪器有限公司实验一 霍尔效应及其应用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，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。

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的电测量、自动控制和信息处理等方面。

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，将有更广泛的应用前景。

掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。

【实验目的】1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。

2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的S H I ~V 和M H I ~V 曲线。

3．确定试样的导电类型。

【实验原理】1．霍尔效应：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H E 。

如图1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，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1（a ）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)(P 0)Y (E )(N 0)Y (E H H 型型⇒>⇒<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HE e ∙与洛仑兹力B v e ∙∙相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故有B v e E e H ∙∙=∙ （1） 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。

【实验名称】霍尔效应及其应用 【实验目的】1 •了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。

2•学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制试样的 线。

3 •确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

【实验原理】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的方向上产 生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。

对于图（1） （a ）所示的N 型半导体试样，若在 X 方向的电极D 、E 上通以电流Is ,在Z 方向加磁场B ，试样中载流子 （电子）将受洛仑兹力：F g =ev B（1） 其中e 为载流子（电子）电量， V 为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B 为磁感应强度。

无论载流子是正电荷还是负电荷， F g 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发 生便移，则在 Y 方向即试样A 、A'电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A 、A'两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场 E —霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、 A'称为霍尔电极。

电场的指向取决于试样的导电类型。

N 型半导体的多数载流子为电子，P型半导体的多数载流子为空穴。

对N 型试样，霍尔电场逆 Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有其中E H 为霍尔电场强度。

V H _ I S 和 V H — I M 曲Is (X)、B (Z )E H (Y) ::: 0 E H (Y) 0(N型)(P显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，试样中载流子将受一个与F g 方向相反的横向电场力: F E =eE H(2)F E随电荷积累增多而增大，当达到稳恒状态时，两个力平衡，即载流子所受的横向电场力e E H 与洛仑兹VB 相等，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有eE H =eVB(3)3.结合电导率的测量，求载流子的迁移率□设试样的宽度为b ,厚度为d ，载流子浓度为n ,则电流强度I s 与的V 关系为Is = n evbd(4)由（3）、（4）两式可得1VH= E H b=ISB 二 R H ! 1SBned dd(5)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。

霍尔效应实验探究教案标题：霍尔效应实验探究教案一、引言霍尔效应是电磁学中一种重要的现象，指的是在导体中有电流通过时，如果垂直于电流方向施加一个磁场，将会产生电势差。

这一效应不仅在理论上有重要的意义，也在实际应用中有广泛的用途。

为了帮助学生深入了解和掌握霍尔效应的原理和实验方法，本教案将针对霍尔效应实验进行探究。

二、实验目的本实验的主要目的是通过观察和测量霍尔效应，理解其原理，并学会使用霍尔效应测量磁场强度的方法。

三、实验器材1. 直流电源2. 多用途电表3. 磁场强度测量仪器4. 导线5. 霍尔元件和测试电路四、实验步骤1. 将实验器材准备齐全，并按照实验电路图进行连接。

2. 在实验过程中，注意安全操作，遵守实验守则。

五、实验原理霍尔效应是由美国物理学家霍尔在1857年首次发现并描述的。

当导体中有电流通过时，如果垂直于电流方向产生一个磁场，磁场将对流体中的载流子施加一个力，导致电子在导体中聚集，形成一个带正电荷和带负电荷的区域，从而引起导体横向的电势差。

这种电势差就是霍尔电势。

六、实验过程1. 按照实验步骤进行实验器材和电路的连接。

2. 将导线连接到直流电源和霍尔元件上，并将多用途电表连接到霍尔元件的输出端。

3. 调节实验电路，使得电流和磁场强度保持在一定范围内。

4. 分别测量不同电流和磁场强度条件下的霍尔电势差。

5. 记录实验数据，并进行数据分析。

七、实验结果分析根据实验所得数据，可以绘制电流与霍尔电势差的曲线图，进一步分析它们之间的关系。

可以观察到，当电流和磁场强度发生变化时，霍尔电势差也会随之变化。

同时，可以利用实验数据计算、验证霍尔系数的大小。

八、实验结论通过本实验，我们深入了解了霍尔效应的原理，并学会了使用霍尔效应测量磁场强度的方法。

实验结果表明，电流和磁场强度对霍尔电势差有重要影响，并且可以通过实验数据计算出霍尔系数的值。

九、教学反思本实验设计合理、步骤简单，有助于学生理解霍尔效应的原理和实验方法。

霍尔效应实验报告优秀4篇实验四霍尔效应篇一实验原理1．液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。

TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。

棍的长度在十几埃（1埃＝10-10米），直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。

玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。

上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。

然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。

理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。

取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。

在未加驱动电压的情况下，来自光源的'自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。

这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。

在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。

于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。

从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。

这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。

由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。

霍尔效应高中物理教案
教学目标：
1. 了解霍尔效应的定义和原理；
2. 掌握霍尔效应的公式和应用；
3. 进行实验验证霍尔效应的存在。

教学重点：
1. 霍尔效应的定义和原理；
2. 霍尔效应的公式和应用；
3. 霍尔效应实验的操作和分析。

教学难点：
1. 理解霍尔效应的物理原理；
2. 进行霍尔效应实验的操作和分析。

教学步骤：
1. 导入：介绍霍尔效应的背景和重要性，引发学生对霍尔效应的兴趣；
2. 理论讲解：讲解霍尔效应的定义、原理和公式，引导学生理解霍尔效应的物理意义；
3. 实验演示：进行霍尔效应的实验演示，让学生观察实验现象并进行数据记录；
4. 数据分析：帮助学生分析实验数据，计算霍尔系数和霍尔电压；
5. 讨论与总结：与学生讨论霍尔效应的应用和意义，总结本节课的重点内容；
6. 作业布置：布置相关练习题，巩固学生对霍尔效应的理解和应用能力。

教学资源：
1. 教材相关内容；
2. 霍尔效应实验装置；
3. 实验数据记录表；
4. 相关练习题。

教学评估：
1. 学生课堂表现；
2. 实验操作技能；
3. 实验数据分析能力；
4. 练习题成绩。

教学反思：
1. 霍尔效应的理论知识较为抽象，需要通过实验和实例进行深入理解；
2. 实验操作过程需细致指导，确保实验数据的准确性；
3. 可以通过多种途径引导学生理解霍尔效应的应用和意义，增强学生的学习兴趣和主动性。

实验18-2 霍耳效应及其应用（2）【实验目的】（1）了解霍耳元件测量磁场的原理和方法；（2）利用霍耳元件测量载流螺线管内的轴向磁场分布.【实验原理】1979年美国年轻的物理学家霍耳（A.H.Hall ）在研究载流导体在磁场中所受力的性质时发现了下述实验现象：将一块导电板放在垂直于它的磁场中，如图18-2-1所示，当有电流从它的1，2两端流过时，在平行于电流的两侧3，4之间会产生一个电位差，这个现象称为霍耳效应，这个电位差称为霍耳电压，用U H 表示.实验表明，在磁场不太强时，霍耳电压U H （3，4两端的电位差）与电流强度I 和磁感应强度B 及板的几何尺寸等有如下关系：H H IB U R d= (18-2-1) 式中的比例系数R H 叫做霍耳系数，d 为导电板的厚度.图18-2-1霍耳效应霍耳效应可用洛仑兹力来解释：在磁场作用下，使导体内移动的载流子发生偏转，结果在3、4两侧分别聚集了正、负电荷，从而形成了电位差.设导体内载流子的平均定向移动速度为u ,电量为q ,则在磁场中所受到的洛仑兹力f B 的大小为：f B =quB (18-2-2)在f B 的作用下，正、负电荷向3，4两侧聚集，形成电位差，因而在3、4之间形成电场E H ，电场E H 又给载流子一个与f B 相反方向的电场力f E .H E H U f qE q b== (18-2-3) 式中E H 称为霍耳电场，b 为导电板的宽度，达到稳定状态时，电场力和洛仑兹力平衡f E =f B ,则有：H U quB q b= (18-2-4) 此外，设载流子的浓度为n ，对电流I 与速率u 有关系式：I I bdnqu u bdnq==或 (18-2-5) 于是： 1H IB U nqd= (18-2-6) 将此式与（18-2-1）式比较，即可知道霍耳系数为：1H R nq= (18-2-7) 从(18-2-7)式可看出，载流子浓度n 大，霍耳系数R H 小，霍耳电压U H 小，即霍耳效应弱；反之，霍耳效应就强.由于半导体的载流子的浓度比金属导体的载流子的浓度小，故半导体的霍耳系数比金属导体的大得多.所以，一般霍耳元件都采用半导体材料制造.从(18-2-6)式可以看出，3,4两端的电位差U H 与载流子电荷的正负号有关.如图18-2-2（a ）所示，若q >0,载流子的定向速度u 的方向与电流方向一致，洛仑兹力f B 使它向上（即朝3侧）偏转，结果U H >0；反之，如图18-2-2(b)所示，若q <0，载流子的定向速度u 的方向与电流方向相反，洛仑兹力也使它向上（即朝3侧）偏转，结果U H <0.半导体有电子型（n 型）和空穴型（p 型）两种，前者的载流子为电子，带负电，后者的载流子为“空穴”，相当于带正电的粒子.所以根据霍耳系数的正负号可以判断半导体的导电类型.图18-2-2霍耳效应与载流子电荷正负的关系在实际应用中，（18-2-1）式通常写成如下形式：H H H H U U K IB B K I==或 (18-2-8) 式中比例系数1H H R K d nqd== 称为霍耳元件的灵敏度，I 称为控制电流.灵敏度K H 的物理意义是在单位磁感应强度和单位控制电流时霍耳元件产生的霍耳电压.实际运用中，控制电流I 的单位为mA,霍耳电压U H 的单位为mV ，磁感应强度B 的单位为mT ，灵敏度K H 的单位为mV/mA·mT.从（18-2-8）式可知，如果知道了霍耳元件的灵敏度K H ，并测量出控制电流I 及霍耳电压U H ，就可计算出磁感应强度B ，这就是利用霍耳效应测量磁场的原理.应当指出的是（18-2-8）式是在理想情况下的结果，实际上在霍耳元件上产生霍耳效应的同时还会产生其他副效应，这些副效应将使霍耳电压的测量产生误差.下面介绍这些副效应及如何消除这些副效应对测量所带来的影响.（1）爱廷豪森(Eitinghausen)效应在（18-2-8）式中假定载流子都以同一速度u 沿1，2方向运动（见图18-2-1），但实际上霍耳元件内载流子速度服从统计规律分布，有快有慢.慢速的载流子和快速的载流子将在洛仑兹力和霍耳电场的共同作用下，向3，4相反的两侧偏转.向两侧偏转的载流子的动能将转化为热能，使两侧的温升不同，因而造成两侧存在温度差（T 3-T 4）；因霍耳元件与引线是不同的材料，元件与引线之间就形成热电偶，这一温差在3，4之间就产生温差电动势U E ，且U E ∝IB ,U E 的大小，正、负与I ，B 的大小和方向有关.（2）能斯脱（Nernst ）效应由于控制电流的引线与霍耳元件的接点1，2处的接触电阻不相等，那么在电流I 通过后，1，2处发热程度不一样，引起1，2两电极间产生温差电动势.此电动势又产生温差电流（称为热电流）.热电流在磁场的作用下将发生偏转，产生类似霍耳电压的电压U N ，U N 的正负仅与磁场B 有关.（3）里纪·勒杜克（Righi-Leduc ）效应在上述的热电流中，一般参加热电流的载流子速度不一样，在磁场和霍耳电场共同的作用下，同样也会使3，4点处的温度不同而产生温差电动势U R ，U R 的正负只与磁场B 有关.（4） 不等位电位差.在图18-2-1中，假定3，4两点是对称的，即3，4两点处于同一等位面，但实际制作时，很难将3，4两点焊在同一等位面上，因此当有电流流过时，即使不加磁场，3，4两点之间也会出现电位差U 0，U 0的正负只与控制电流I 的方向有关.综上所述，在磁场B 和控制电流I 确定的条件下，实际测得的3，4两点的电压U 应该是上述5种电压U H 、U E 、U N 、U R 和U 0的代数和.U =U H +U E +U N +U R +U 0根据上述五种电压所具有的特点，在维持控制电流I 和磁场B 的大小不变的情况下，改变I 和B 的方向进行测量，根据测量结果进行适当运算就可以消除和减小这些副效应所带来的影响，具体做法如下：在（+B 、+I ）时，测得3，4两点的电压为：U 1=U H +U E +U N +U R +U 0 (18-2-9)在(+B 、-I )时，测得3，4两点的电压为：U 2=-U H -U E +U N +U R -U 0 (18-2-10)在（-B 、-I ）时，测得3，4两点的电压为：U 3=U H +U E -U N -U R -U 0 (18-2-11)在（-B 、+I ）时，测得3，4两点的电压为：U 4=-U H -U E -U N -U R +U 0 (18-2-12)由上面四式可得：()123414H E U U U U U U =-+-- (18-2-13) (18-2-13)式中U E 通常只占U H 的5%，可以略去不计，所以可按123414H U U U U U =-+- (18-2-14) 计算U H 的大小.【实验仪器】霍耳元件测长直螺线管轴向磁场分布装置，安培表，毫安表，数字万用表（DT-1000），恒流源（WI-2），导线若干.【实验内容与步骤】（1） 按图18-2-3连接有关仪器，并注意将恒流源的恒流调节旋钮逆时针旋到底，使恒流源在通电时的电流输出为零.电流表和万用表根据测量要求分别选择合适的量程，例如万用表选用直流电压200 mV 挡位.经教师检查无误后方可通电.图18-2-3 霍耳元件测磁场原理图（2） 打开恒流源及万用表的电源开关，调整恒流源的恒流调节，使螺线管内的电流I ′=1.0 A (1000 mA)，实验过程中要求I ′的值稳定不变.（3）调整恒流源的另一个恒流调节，使霍耳元件的控制电流I =10.0 mA(尽量不超过10 mA ，避免损坏霍耳元件)，实验过程中要求控制电流I 稳定不变，且通电时间不宜太长，防止霍耳元件过热，引起参数K H 变化.（4）将螺线管装置的标尺装置放在0.0 cm 刻度处，通过恒流源上的换向开关改变I ′，I 的方向，测量四种状态下的电压值U 1，U 2，U 3，U 4，并记录于表格中.（5） 移动霍耳元件，每隔1.0 cm 测量一次霍耳电压.（6） 利用实验室给出的霍耳元件灵敏度K H 值，按照（18-2-14）式和（18-2-8）式计算各点的U H 和B 值，并填于表18-2-1中.（7） 实验完成后，整理好实验仪器，并填好实验记录，经教师验收合格后方可离开教室.表18-2-1 数据记录【数据处理】（1） 记录测量条件和装置的参数；控制电流I ，螺线管励磁电流I ′，霍耳元件的灵敏度K H ，螺线管长度L ，直径和匝数N 等参数.有关螺线管的技术参数请参照附录.（2） 按有限长螺线管轴线中心的磁感应强度公式()01/2224NIB L r μ=+ 计算理论值B 理（此式只适用于轴线中心.按单层螺线管计算，匝数N 取螺线管的总匝数，螺线管直径取内、外直径的平均值，式中r 为螺线管半径），然后再计算中点测量值B 中对理论值B 理的相对误差.（3） 以位置坐标x 为横坐标，测量的磁感应强度B 为纵坐标，作螺线管沿轴向的磁场分布曲线.【思考题】1. 利用霍耳元件测量磁场时，霍耳元件的位置放法有何要求？实验中怎样才能判别其位置是正确的？2. 用霍耳元件测量螺线管内磁场时，如何消除地球磁场的影响？3. 用实验装置能否测出不等位电位差U0？4. 利用霍耳效应能否测量交变磁场？5. 试分析霍耳元件测量磁场的误差来源，并计算测量误差.6. 在测量中可以发现，处于某一状态下的电压值（例如U1）在从刻度位置0.0 cm处测到30.0 cm处的过程，可能出现正、负号的变化，若你的测量结果出现了变号，试分析变号的原因.【附录】1. WT-2型恒流源WT-2型恒流源是供物理实验室需要稳恒电流的仪表和实验使用（例霍耳元件测量通电螺线管轴向磁场分布）.本电源可同时输出两组稳恒电流I1和I2.在额定负荷内I1为0~100 mA连续可调，I2为0~1000 mA连续可调.换向开关可切换输出电流方向，可外接高精度电流表来精确选定所需电流值.面板控制装置作用如下（见图18-2-4）:图18-2-4 WI-2恒流源面板(1) K6为220 V电源开关，Z1为电源指示灯.(2) J7,J8为0~100 mA恒流源电流输出端.J3,J4为0~1000 mA恒流源电流输出端.K4,K2分别控制两电流输出端极性.向“+”时，输出极性同接线柱颜色相同，扳向“-”时，输出极性与接线柱颜色相反.(3) W2,W1为恒流调节电位器，在额定负荷内可分别连续调节两路输出电流值.(4) B1为两挡电流共用指示表，通过K5转换分别显示两路电流值，此时K3和K1应扳向“内”.（注意：未接负载时，电表指示为零）.(5) 当需要精确显示电流值时，可在J5，J6和J1，J2外接高精度电流表，此时K3和K1应扳向“外”.2. 长直螺线管轴向磁场分布实验装置该装置通过霍耳元件测量通电螺线管内的轴向磁场，以了解和掌握霍耳元件测磁场的原理和方法及通电螺线管内的轴向磁场的分布情况.所有霍耳元件采用有机玻璃封装，直观性强，但霍耳元件只能沿螺线管内轴线运动，其法线方向不能调整.实验装置有6个线柱.“1”，“2”为霍耳元件控制电流输入端，“3”，“4”为霍耳元件电压输出端，“5”，“6”为螺线管电流输入端.技术参数：霍耳元件尺寸：8×4×0.2(n型锗片)灵敏度K H：见实验装置额定控制电流≤40 mA不等位电势<0.4 mV/20 mA螺线管长度260 mm，螺线管匝数3000±20,螺线管层数10层，螺线管内径25 mm，外径45 mm.通1A电流时螺线管中心的磁感应强度H=（14.3±0.1）mT，螺线管中央均匀磁场区>80 mm.3. ICH1型新型通电螺线管磁场测定仪(1) 概述用霍耳元件测量通电螺线管磁场是高校理工科物理实验教学大纲中的一个重要实验.ICH1新型通电螺线管磁场测定仪是在复旦大学物理实验教学中心的指导和帮助下，与本厂共同设计的新型教学仪器，该仪器采用先进的集成霍耳元件测量0.5 ~5 mT范围的通电螺线管内的弱磁场，解决了一般霍耳元件存在的灵敏度低，剩余电压干扰及螺线管温升引起输出不稳定等不足，因而能精确测量通电螺线管磁场分布，了解和掌握霍耳元件测量磁场的原理和方法以及学会校准霍耳元件灵敏度的方法，本仪器所做实验，物理内容丰富，结构设计合理，装置牢靠，直观性强，数据稳定可靠，是高校物理实验的优质教学仪器.（2）用途主要用于高校物理实验，可做实验内容有：①验证霍耳电势差与管内磁感应强度成正比.②用螺线管中心点磁感应强度的理论计算值来校准集成霍耳传感器的灵敏度.③测量螺线管内磁感应强度与位置刻度之间的关系.④学习补偿原理在磁测量中的应用.⑤测量地磁场的水平分量.⑥直接联接计算机接口，可用于显示螺线管磁场分布.(3)图18-2-5为ICH1型测定仪示意图图18-2-5 ICH1型(新型通电螺线管磁场测定仪)示意图(4)技术性能①95A集成霍耳传感器供电电压（DC）4.5-5.5V磁场测量范围-67 ~+67 mT(指线性使用范围)在0T时，零点电压2.500±0.075 V功耗（在5VDC时）7 mA灵敏度31.25±1.25 V/T(3.125±0.125 mV/G)线性误差<-1.0%温度误差，零点飘移<±0.06 %/℃内含激光修正的薄膜电阻提供精确的灵敏度和温度补偿，不必考虑剩余电压的影响.②螺线管螺线管长度：260 mm,螺线管内径外径45 mm.螺线管层数10层螺线管匝数：3000±20匝.螺线管中央均匀磁场>100 mm.③电源和数字电压表组合仪数字直流稳流源0~0.500(含三位半数字式电流表0~0.5 A)直流稳压电源4.750 ~5.250 V(精细微调)直流稳压电源（作补偿作用）2.400 ~2.600 V(精细微调)四位半数字电压表0~19.999 V和0~1999.9 mV(二档)（5）使用说明①IVU500螺线管实验电源供电电压~220 V，50 Hz.电源插座和电源开关位于机箱背面.电源插座内装有0.5 A保险丝.②IVU500螺线管实验电源（下称实验电源）分为三个部分（三个色块），左面为数字直流稳流源，精密多圈电位器可以调节输出电流的大小，调节精度1 mA，电流大小由三位半数字电流表显示，最大负载电压8 V，中间为四位半电压表，钮子开关切换量程0~19.999 V 和0~1999.9 mV.右面为直流稳压电源,对应输出接线柱上方是调节输出电压的电位器.③实验时（直读法）按示意图连线.左面数字直流稳流源的输出端接电流换向开关，然后接螺线管的线圈接线柱.右面直流稳压电源4.8 ~5.2 V的输出接线柱（红）接霍耳元件的V+（即引脚1-红色导线），直流稳压电源的┻(黑)接线柱接霍耳元件的V-（即引脚2黑色导线），霍耳元件的OUT(即引脚3-黄色导线)接中间电压表的+（红）接线柱，电压表的━(黑)接线柱与直流稳压电源的┻（黑）接线柱相连.电压表切换到V档（即钮子开关向上按）.④检查接线无误后接通电源，断开电流换向开关，霍耳元件放在螺线管的中间，调节右面直流稳压电源4.8 ~5.2 V的输出接线柱（红）上方的旋钮，使中间电压表显示：2.500.⑤接通电流换向开关，调节左面数字直流稳流源的输出端（红）接线柱右面的旋钮，改变螺线管线圈电流的大小或调节霍耳元件在螺线管中的位置，记录数据（实验中一般改变一个条件后测结果）.(6) 注意事项①集成霍耳元件的V+和V-极不能接反.否则将损坏元件.②拆除接线前应先关闭电源.③仪器应预热10分钟后开始测量数据.。

实验二霍尔效应及其应用引言霍耳效应是一种磁电效应。

在匀强磁场中放一金属薄板，使板面与磁场方向垂直，当沿垂直磁场方向给金属板通以电流时，在垂直电流和磁场方向的金属板两侧会产生一附加横向电场。

这一现象是霍耳（Hall, Ａ.Ｈ. 1855-1938）于1879年发现的，因此被称为霍耳效应。

后来发现半导体、导电流体等也有这种现象。

而半导体的霍耳效应比金属强得多。

霍耳效应不仅是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用霍耳效应原理将半导体制成磁敏器件被广泛应用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。

流体中的霍耳效应已成为研究“磁流发电”的理论基础。

本实验一方面了解霍耳效应产生的原理，一方面学习用霍耳效应测磁场的方法。

原理１）霍耳效应图1 霍尔效应霍耳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所示的半导体试样，若在ｘ方向通以电流I，在ｚ方向加磁场Ｂ，则在ｙ方向即试样A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相S应的附加电场。

电场的指向取决于试样的导电类型。

显然，该电场是阻止载流子继续向侧面eE与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平偏移，当载流子所受的横向电场力H衡，故有：H eE evB =（1）其中：H E 为霍耳电场；v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。

设试样的宽度为ｂ，厚度为ｄ，载流子浓度为ｎ，则S I nevbd =（2）由式（１）和式（２）可得：1S H H H S I BI U E b R n d d===B （3）H U （A 、A ′电极之间的电压）即霍耳电压，1H R ne=称为霍耳系数，是反映材料霍耳效应强弱的重要参数。

只要测出、()B U V ()B T 以及知道()S I A 和，可按下式计算(d cm ))3(/H R m c ：H H S U d R I B=（4）根据H R 可进一步确定以下参数。

霍尔效应教案设计第一部分：导入在教学中，我们常常需要通过导入引起学生的兴趣并预备新知识的学习。

为了让学生对霍尔效应产生兴趣，我们可以通过以下导入方式进行：1. 视频引入：播放霍尔效应的实验视频，让学生观察实验现象，并提出他们对于实验现象的猜想。

2. 故事情境引入：给学生讲述一个有关霍尔效应的故事，让学生通过故事情境了解霍尔效应的应用背景和重要性。

第二部分：知识讲解在这部分中，我们将详细介绍霍尔效应的概念和原理，以及其中的数学推导过程。

为了使学生更好地理解，我们可以采用以下教学方法：1. 概念解释：向学生简单地介绍霍尔效应的概念，即当导体中通过的电流受到磁场的影响时，会在导体两侧产生电势差。

2. 实验演示：通过实验演示来展示霍尔效应的实际效果，例如使用霍尔元件进行测量，观察电势差的产生情况。

3. 数学推导：以数学方式对霍尔效应进行推导，介绍霍尔系数、磁通密度和电流强度的关系，并通过示意图和公式进行解释。

第三部分：实践探究在这一部分，学生将有机会亲自实践和探究霍尔效应。

以下是一些实践活动的建议：1. 设计实验：让学生自行设计一个实验来验证霍尔效应。

他们可以选择适当的电路和材料，并记录实验数据。

2. 数据分析：学生根据实验数据，计算霍尔系数，并分析不同因素对霍尔系数的影响。

3. 实际应用：让学生调查和探究霍尔效应在实际生活中的应用，例如霍尔传感器和霍尔开关等。

第四部分：拓展延伸为了充实学生的知识和满足他们的好奇心，我们可以提供一些拓展和延伸内容：1. 进一步研究：鼓励学生深入了解霍尔效应的研究领域，例如霍尔元件的类型和特点，以及磁场对霍尔效应的影响等。

2. 实验设计：让学生设计一个更复杂的实验，探索霍尔效应在不同条件下的表现。

3. 实例分析：引导学生分析和解决实际问题，如基于霍尔效应的测量仪器的性能改进等。

4. 名人故事：分享一些与霍尔效应相关的科学家的故事，激发学生对科学研究的兴趣。

第五部分：总结与回顾在这最后部分，我们会对整堂课进行总结与回顾，确保学生对霍尔效应有一个清晰的理解，并能够将所学的知识应用到实际生活中。

大学物理实验教案实验名称：霍尔效应实验目的：1、了解霍尔效应原理。

2、了解霍尔电势差VH 与霍尔元件工作电流sI之间的关系，了解霍尔电势差VH与励磁电流mI之间的关系。

3、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

4、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B的原理和方法。

实验仪器：TH-H霍尔效应实验仪 TH-H霍尔效应测试磁场测试仪实验原理：一、霍尔效应原理若将通有电流的导体置于磁场B之中，磁场B（沿z轴）垂直于电流S I（沿x轴）的方向，如图所示，则在导体中垂直于B和S I的方向上出现一个横向电势差HU，这个现象称为霍尔效应。

这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。

利用霍尔效应可以测定载流子浓度、载流子迁移率等重要参数，是判断材料的导电类型和研究半导体材料的重要手段。

还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率，以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。

用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。

霍尔电势差产生的本质，是当电流SI通过霍尔元件（假设为P型，即导电的载流子是空穴。

）时，空穴有一定的漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力()B q =⨯F v B（1）式中q 为载流子电荷。

洛沦兹力使载流子产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E ，直到电场对载流子的作用力F E =q E 与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即()q q ⨯=v B E（2） 这时载流子在样品中流动时将不偏转地通过霍尔元件，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。

如果是N 型样品，即导电的载流子是电子，则横向电场与前者相反，所以N 型样品和P 型样品的霍尔电势差有不同的符号，据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n ，宽度为b ，厚度为d 。

通过样品电流nevbd I S =，则空穴的速度nebdI v S=，代入（2）式有 n e b dBI S =⨯=B v E （3） 上式两边各乘以b ，便得到S S H H I B I BV Eb R ned d=== （4） 霍尔电压H V （ A 、A '之间电压）与S I 、B 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度d 成反比，比例系数H R ，称为霍尔系数。