霍尔效应测磁场大学物理实验二

大学物理实验霍尔实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。

2、掌握霍尔元件测量磁场的方法。

3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压、电流等物理量。

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，这一现象就是霍尔效应。

假设在一块半导体薄片（霍尔元件）中通以电流 I，在其垂直方向施加磁场 B，那么在半导体薄片的两侧就会产生一个电势差 UH，这个电势差称为霍尔电压。

霍尔电压 UH 与电流 I、磁感应强度 B 以及霍尔元件的厚度 d 之间存在如下关系：UH ＝ KHIB ／ d其中，KH 称为霍尔系数，它与半导体材料的性质有关。

三、实验仪器霍尔效应实验仪、霍尔元件、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计等。

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，确保接触良好。

按照电路图连接好电源、毫安表、伏特表和特斯拉计。

2、调节励磁电流打开电源，逐渐增加励磁电流，观察特斯拉计的读数，使其达到预定的值。

3、测量霍尔电压保持励磁电流不变，改变工作电流 I 的大小，测量不同工作电流下的霍尔电压 UH。

测量时，分别改变工作电流的方向和磁场的方向，记录相应的霍尔电压值。

4、数据记录与处理将测量得到的数据记录在表格中，包括工作电流 I、霍尔电压 UH 以及对应的方向。

根据实验数据，计算霍尔系数 KH 和磁感应强度 B。

五、实验数据记录与处理以下是一组实验数据记录：｜工作电流 I（mA）｜霍尔电压 UH（mV）（＋I，＋B）｜霍尔电压 UH（mV）（I，＋B）｜霍尔电压 UH（mV）（＋I，B）｜霍尔电压 UH（mV）（I，B）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 100 ｜ 250 ｜－248 ｜－252 ｜ 246 ｜｜ 200 ｜ 502 ｜－498 ｜－505 ｜ 495 ｜｜ 300 ｜ 755 ｜－748 ｜－758 ｜ 742 ｜｜ 400 ｜ 1008 ｜－996 ｜－1012 ｜ 988 ｜｜ 500 ｜ 1260 ｜－1250 ｜－1265 ｜ 1235 ｜计算霍尔系数 KH：首先，计算每个工作电流下霍尔电压的平均值：UH1 ＝（250 248 ＋ 252 ＋ 246）／ 4 ＝ 249 mVUH2 ＝（502 498 ＋ 505 ＋ 495）／ 4 ＝ 500 mVUH3 ＝（755 748 ＋ 758 ＋ 742）／ 4 ＝ 750 mVUH4 ＝（1008 996 ＋ 1012 ＋ 988）／ 4 ＝ 1000 mVUH5 ＝（1260 1250 ＋ 1265 ＋ 1235）／ 4 ＝ 1250 mV然后，根据霍尔系数的计算公式 KH ＝ UHd ／ I B，已知 d ＝05mm，B ＝ 05 T，可得：KH1 ＝ 249×05×10^－3 ／（100×10^－3 × 05）＝ 249×10^－3 m^3 C^－1KH2 ＝ 500×05×10^－3 ／（200×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3 m^3 C^－1KH3 ＝ 750×05×10^－3 ／（300×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3 m^3 C^－1KH4 ＝ 1000×05×10^－3 ／（400×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3m^3 C^－1KH5 ＝ 1250×05×10^－3 ／（500×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3m^3 C^－1取平均值，KH ＝（249 ＋ 250 ＋ 250 ＋ 250 ＋ 250）×10^－3 ／ 5 ＝ 250×10^－3 m^3 C^－1六、实验误差分析1、系统误差实验仪器的精度有限，如电源的稳定性、电表的测量误差等。

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。

实验名称：霍尔效应实验实验日期： 2023年11月1日实验地点：物理实验室实验者： [姓名]指导教师： [教师姓名]一、实验目的1. 理解霍尔效应的基本原理和现象。

2. 掌握霍尔效应实验的原理和方法。

3. 通过实验测量霍尔元件的霍尔电压与霍尔元件工作电流、励磁电流之间的关系。

4. 学习利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布。

5. 判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。

二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于磁场通过导体时，在导体的垂直方向上产生电动势的现象。

这一现象是由美国物理学家霍尔在1879年发现的。

根据霍尔效应，当载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用时，会发生偏转，从而在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势。

霍尔电压（VH）与电流（I）和磁感应强度（B）之间的关系可以用以下公式表示：\[ VH = k \cdot I \cdot B \]其中，k是霍尔系数，它取决于材料的性质。

三、实验仪器1. 霍尔效应实验仪2. 电流表3. 电压表4. 励磁电源5. 磁场发生器6. 样品支架四、实验内容及步骤1. 仪器调整：按照实验仪器的说明书进行仪器调整，确保霍尔元件位于磁场中间，并且连接好所有电路。

2. 测量霍尔电压：闭合开关，调节励磁电源，使磁场达到预定的强度。

然后调节霍尔元件的工作电流，记录不同电流下的霍尔电压。

3. 测量霍尔电压与电流的关系：在不同的励磁电流下，重复步骤2，记录不同电流下的霍尔电压。

4. 测量霍尔电压与励磁电流的关系：在不同的工作电流下，改变励磁电流，记录不同励磁电流下的霍尔电压。

5. 数据处理：根据实验数据，绘制霍尔电压与工作电流、励磁电流的关系曲线。

6. 计算霍尔系数：根据实验数据，计算霍尔系数k。

7. 判断载流子类型：根据霍尔电压的符号，判断霍尔元件载流子的类型。

8. 计算载流子浓度和迁移率：根据霍尔系数和实验数据，计算载流子浓度和迁移率。

五、实验结果与分析1. 霍尔电压与工作电流的关系：实验结果表明，霍尔电压与工作电流成正比。

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。

实验二十二霍尔效应测量磁场
霍尔效应是指当导体（通常是金属或半导体）中有电流流过时，如果将一个垂直于电流方向的外加磁场加入，则在导体两侧会产生一定的电势差（称为霍尔电势），这种现象就是霍尔效应。

利用霍尔效应可以测量磁场强度。

下面是关于霍尔效应测量磁场实验的分析与总结：
实验原理：
当一块导体（霍尔元件）被垂直于磁场放置时，磁场会对电子的运动轨迹产生影响，导致电子在导体中积累，并产生电势差。

这个电势差称为霍尔电势（VH），霍尔电势与磁场强度（B）、电流强度（I）、导体材料和几何尺寸有关。

霍尔电势的大小可以通过测量导体两端的电压差来确定。

实验步骤：
1.将霍尔元件放置在磁场中心。

2.将电流通过霍尔元件。

3.测量霍尔电势，可以通过连接外部电压表来测量电势差。

4.改变磁场强度或电流强度并重新测量霍尔电势。

5.记录数据并进行数据处理。

实验总结：
1.霍尔效应可以用来测量磁场强度，它是一种简便、快速、精度高的磁场测量方法。

2.实验中需要注意的是，霍尔元件必须垂直于磁场，否则测量
结果会产生误差。

3.实验中需要选择合适的电流强度和测量范围，以保证测量结果的准确性和稳定性。

4.实验过程中需要进行数据处理和分析，以获得更加准确的测量结果。

5.霍尔效应不仅可以用于磁场测量，还可以用于其他领域的研究，如半导体物理、热电测量等。

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。