高中物理 数字化电学实验：霍尔效应素材 新人教版选修3-1.doc

霍尔效应（课程标准教科书人教版选修3－1）背景资料：1879年霍尔发现处在匀强磁场中的通电导体板当电流的方向垂直于磁场时在垂直于磁场和电流方向的导体板的两端面之间会出现电势差这一现象称为霍尔效应如图所示出现的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压。实验指出霍尔电势差与通过导体板的电流I磁场的磁感强度B成正比与板的厚度d成反比（1）式中k称为霍尔系数。霍尔效应可用于测量磁场的磁感强度也可以用于测量电流特别是测量比较大的电流。实验原理：这次实验使用的是4引脚的半导体霍尔元件型号为1、3引脚为输入口也就是输入电流必须通过1、3引脚流过霍尔元件而且输入电流一般都很小基本上是几个毫安的电流以型号为例最大输入电流为。相对应的2、4引脚就是输出口如果输入口通入合适的输入电流霍尔元件放置在磁场中那使用灵敏的电压表测量2、4引脚间的电压就可以测到一个几毫伏的电压这个电压其实就是霍尔电压。但是显然要用电压传感器直接测量两端的电压是不可行的因为霍尔电压确实是太小了不过可以通过另外的途径解决这一问题如果把霍尔元件当作一个有内阻的电源那在2、4引脚间串联一个电阻和微电流传感器因为有霍尔电压的存在那回路中就将有一个电流也就是霍尔电流为此处串联的电阻为回路霍尔电源的内阻。当输入电流固定后霍尔电压与外界磁场变化是成正比的因为霍尔电流与霍尔电压成正比因此也可以说霍尔电流与外界磁感应强度成正比在本次实验中我们验证霍尔电流与外界磁感应强度的线性关系。实验装置按下面的方式连接选取电源使用一个的干电池这就是固定了输入电流把霍尔元件与磁场传感器的感应探头固定在一起然后放置在桌面上使它们在整个实验过程中静止把一块大的磁铁靠近或远离霍尔元件时近似地认为磁场传感器测到的磁感强度就是霍尔片上的磁感强度微电流传感器测到的电流变化就是霍尔电流的变化最后通过计算机将两组数据的关系表示出来如果实验是成功的那霍尔电流与磁感应强度的关系就是线性的。霍尔片引脚示意图实验目的：观察霍尔效应了解霍尔效应中霍尔电压与磁场的磁感应强度关系。实验装置：计算机数据采集器微电流传感器磁场传感器半导体霍尔元件导线若干干电池电阻箱磁铁实验步骤：1．先把电阻箱的阻值调到然后注意观察霍尔片的引脚区分出输入口和输出口以型号为例从霍尔片上有字母或序号的一端看下去依次从左向右数引脚的编号分别为1、2、3、4。1、3口是电流输入口把电阻箱与之串联如图所示。2．将数据采集器与微电流传感器和磁场传感器连接然后将数据采集器与计算机连接进入“TriEiLab”数字化信息系统。3．把微电流传感器的两个信号输入端的导线短接对微电流传感器进行校零然后直接把它们接到霍尔片的2、4引脚。4．在实验准备过程中要注意不要使霍尔片引脚接线短接以免损坏元件；把霍尔片的正面与磁场传感器的探头正面靠在一起也可以用胶带把它们固定好。5．打开模板“霍耳效应”在采集间隔和采集数量窗口输入合适的数值点击开始按钮将磁铁的N极和S极分别靠近霍尔片并注意不要使磁场传感器测量值超出量程实验结束以后点击结束按钮对实验结果进行分析。实验数据记录与分析：1．霍尔电流与磁场强度的关系从上面的实验结果可以看出霍尔电流与磁感应强度的关系的确是线性的所有的数据点都分布在拟合线的附近。注意观察到在的时刻磁场时霍尔电流为这是因为半导体霍尔片制造工艺并不是严格理想的以为例当加入测试电流时即使外磁场为0还是有电压输出这个电压称为不等位电压。2．霍尔电流随时间的变化3．外界磁场强度随时间的变化这两个图象很相似。新DIS实验：以上两幅图中上图是霍尔电流随时间变化的图象下图是磁场随时间变化的图象这两个图象很相似磁场增大霍尔电流也增大磁场减小霍尔电流也减小。上图是霍尔电流与磁场的关系图象其拟合线是直线。本此实验电池用1.5V两节即3V电阻箱用电阻50.