大学物理创新设计实验报告doc

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1、大学物理创新设计实验报告篇一：物理创新设计实验报告 大学物理浙江海物理创新设计实验报告实验名称：利用霍尔效应法测量空间的磁场分布 指导教师：鲁晓东专业：数学与数学应用班级：B10数学实 验 者：于祥雨 吴联帅学号：100601108100601118实验日期：XX年12月01日洋学院利用霍尔效应法测量空间的磁场分布实验者：于祥雨 同组实验者：吴联帅指导老师：鲁晓东（B10 数学 100601108 654495 ;B10 数学 100601118670903）【摘要】通过霍尔效应法测量霍尔电流和励磁电流的方 法，并使用“对称测量法”消除副效应的影响，最终通过多 组数据的处理，得出空间磁场分布。

2、【关键词】霍尔效应；霍尔电流；对称测量法；磁场分 布一、引言空间磁场实际存在，但是人眼看不到，因此用直接的方 法测量是行不通的。本实验正是考虑了这点，通过测量霍尔 电流和励磁电流的方式，通过霍尔电流、励磁电流和磁场强 度的关系，间接的测出磁场强度。并结合多组数据的处理， 最大程度减小误差，使实验更加科学、严谨，从而使得实验 方法具有可实施性和借鉴性。二、设计原理21 简介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，这一现 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

3、，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。2.2 霍尔效应霍尔效应是磁电效应的一种，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，这个电势差就被叫做霍尔电势差。导体中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹 力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累， 形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力 与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即

4、霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是 霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。因此，对于一个已知霍尔系数的导体，通过一个已知方 向、大小的电流，同时测出该导体两侧的霍尔电势差的方向 与大小，就可以得出该导体所处磁场的方向和大小。2.3 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 伦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EH。如图2-1所示的半导体式样，若在X方向通以电流IH,在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样2-4电极两侧就 开始聚集异号电

5、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2-1所示的N型试样，霍尔电场为?Y 方向。显然，霍尔电场EH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eEH与洛伦兹力相等，样品两侧 电荷的积累就达到动态平衡，故：（2.3.1） eEH?其中EH为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂 移速度。图2-1 霍尔片示意图霍尔效应是运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力发 生偏转而产生的，利用霍尔效应原理。作出来的电子元件统 称为霍尔元件，本实验所用的的霍尔元件是一个长方形的均 匀半导体薄片，称为霍尔片。如图所示，其宽为b，厚度为d。如果把元件置于垂 直于元件平面的磁场B中，当通

6、入电流I （与B方向垂直） 时，载流子（ N 型半导体为带负电荷的电子， P 型半导体 为?带正电荷的空穴)在磁场中受洛伦兹力Fm的作用而偏 转，从而在侧面形成电势差UB (霍尔电压)。设载流子平均速率为vd每个载流子的电荷量 为e，当载流子所受洛伦兹力与霍尔元件表面电荷产生的电 场力相等时。则VH达到稳定：VH?evdB(2.3.2) b若自由电子的浓度为 n ，则霍尔片的工作电流 I 可表 示为dQ?envdS?envdbd (2.3.3) I?dt e所以：VH?EHb?即：B?IHBIB?SHH(2.3.4) neddVHdd (2.3.5) ?kIHSHSH1为霍尔系数；只要证明ne

7、其中VH为霍尔电压，B为 外磁场，d为霍尔片厚度；SH?霍尔电压与磁场强度成正比，便可以通过测得电压的分 布来分析磁场分布。设定电流IH和磁场B的正方向，分别测量由IH和B组成的四个不同方向的组合（即“+IH, +B”、“+IH, -B”、“-IH, +B ”、 “ - I H ， -B ”），为了提高实验精度，实验时应注意副效 应的影响，根据副效应的特点作电流和电压的换向处理，并 对测得的四组数据（“+BT”）（“-B-I”）VI、（“+B+I”）V3、（“-B+I”）V4的作代数平均值，可得：V2、VH?VE?V1?V2?V3?V4（2.3.6）4由于VE符号与IH、B两者方向关系和VH是

8、相同的，故 无法消除，但是电流IH和电场B较小时，VH?VE，因此VE 可略去不计，所以霍尔电压为：VH?V1?V2?V3?V4（2.3.7）42. 4实验仪器KL10霍尔效应实验组合仪测试仪包括两路直流稳定电源。1000 mA供给电磁铁 的励磁电流和100mA供给霍尔元件的工作电流。全套HL 10 型霍尔效应实验组合仪由：实验装置部分和测试部分 组成。图2-2 霍尔效应实验组合仪图2-3 霍尔效应实验组合仪2三、方案设计1、将霍尔效应组合实验仪上的励磁电流调节螺钮和工 作电流调节螺钮旋到底。2、将励磁电流输出端接入双掷开关K1下边的两接线柱 上。将霍尔电压输入与 K3 的下边的两接线柱相连，

9、将工作 电流输出与K2左边的两接线柱相连。3、将K3置于空挡，合上KI、K2,将工作电流调至10mA, 测定VH的值，（若为VH负值，改变K3使VH为正值），此时 的霍尔电压为剩磁所对应的霍尔电压 VH。4、开机前，测试仪电源的“IH电流调节”和“IM电流调节”旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。5、按图13-6 连接测试仪与实验仪之间的各组导线，将 三个换向开关掷向任一侧（例如都掷向上方），并把这一方 向定为IH、VH和IM的正向。注意：1）样品各电极引线与对应的双刀开关之间的连线已由 厂家连接好，请勿再动！2）严禁将测电仪电源的“IM励磁电流”输出误接到实 验仪的“霍尔电流”输入或“霍尔电压”

10、输出处，否则，一 旦通电，霍尔样品即遭损坏!3）霍尔片性脆易碎，电极审细易断，严防撞击或用手 去摸，否则即遭损坏!4）霍尔片放置在电磁铁空隙中间，在需要调节霍尔片 位置时，必须谨慎，切勿随意改变 y 轴方向的高度，以免霍 尔片与磁极面摩擦而受损！6、接通电源，预热数分钟。置“测量选择”于IH档（放 键），电流表所示的值即随“IH电流调节”旋钮顺时针转动 而增大，其变化范围为010mA。此时电压表所示读数为“不 等势”电压VO值，它随IH增大而增大，IH换向，VO极性 改号，说明IH输出和输入工作正常。7、置“测量电流选择”于IM档（按键），电流表所示 的值即随“IM电流调节”旋钮顺时针转动而增

11、大，其变化范 围为01A。此时电压表随IM增大而增大，IM换向，VH极 性改号，说明IM输出和输入工作正常。8、最后将试验仪的各换向开关恢复到原来一侧；测定 仪电源的“IH电流调节”和“IM电流调节”旋钮均恢复到 零位。9、测单边 X 方向磁场分布将霍尔片置于电磁铁Y （上下）方向中心，IH和IM都 固定不变，测量 X 方向磁场分布 VH?X 曲线。由于磁场分布 的对称性，测量不小于二分之一范围即可。篇二：大学物理创新实验报告大学物理实验报告总结一：物理实验对于物理的意义物理学是研究物质的基本结构，基本的运动形式，相互 作用及其转化规律的一门科学。它的基本理论渗透在基本自 然科学的各个领域，应

12、用于生产部门的诸多领域，是自然科 学与工程科学的基础。物理学在本质上是一门实验学科，物 理规律的发现和物理理论的建立都必须以物理实验为基础， 物理学中的每一项突破都与实验密切相关。物理概念的确立 物理规律的发现，物理理论的确立都有赖于物理实验。二：物理实验对于学生的意义大学物理实验已经进行了两个学期，在这两个学期，通 过二十几个物理实验，我们对物理学的理解和认识又更上了 一步台阶。通过对物理实验的熟悉，可以帮助我们掌握基本 的物理实验思路和实验器材的操作，进一步稳固了对相关的 定理的理解，锻炼理性思维的能力。在提高我们学习物理物 理兴趣的同时，培养我们的科学思维和创新意识，掌握实验 研究的基本

13、方法，提高基本科学实验能力。它也是我们进入 大学接触的第一门实践性教学环节，是我们进行系统的科学 实验方法和技能训练的重要必修课。它还能培养我们“实事 求是的科学态度、良好的实验习惯、严谨踏实的工作作风、 主动研究的创新与探索精神、爱护公物的优良品德”。三：我眼中的物理实验的缺陷1：实验目的与性质的单一性21 世纪的学科体系中，多种学科是相互结合，相互影响 的，没有一门学科能独立于其他学科而单独生存，但是在我 们的实验过程中，全都是关于物理，这一单科的实验内容， 很少牵涉到其他。有些实验完全是为了实验而实验，根本不 追求与其他学科的联系与结合。2：实验的不及时性及实验信息的不对称性物理是一门以

14、实验为基础的基本学科，在我们所学的物 理内容中，更多的是关于公式定理的，这些需要及时的理解 和记忆，最简单的方式是通过实验来进行。但是我们所做的 实验，都是学过很久以后，甚至是已经学完物理学科后进行 的，这就造成我们对物理知识理解的不及时性，不能达到既 定的效果。而且，我们重复科学实验伟人的实验很大程度上 是得知结论后凭借少量的实验数据轻易得出相似的结论，与 前人广袤的数据量不可同日而语，这就造成实验信息的不对 称性，不利于从本质上提高我们的实验能力。3：实验课老师的经常变换性及与物理任课老师的不 统一性根据我们的选课状况，我们不可能一直选到同一个老师 的课程，这就导致授课学习状况的不连续性，

15、不利于学生系 统连贯地掌握实验。而且在我们的日常教学中，物理任课老 师和实验任课老师采取的是两套不同的班子，这样各自在其 所负责的领域，都有着丰富的经验和出色的能力，这是无可 厚非的，丰富的经验和出色的能力都能更有助于在教学过程 中帮助学生吸收理解所学的知识。但是两套班子就有两套教 学方法，两者之间可能很少交流沟通，就导致在教学过程中， 可能出现内容的重复，浪费了教学时间，也会出现强调的内 容不一样4：实验过程的不自主性大学实验在于开发学生的自主创新能力，让我们学会用 实验的思维解决学习过程中所遇到的难点、重点。但是在我 们的一系列实验中，总是老师对实验过程进行详细的解释、 演示，实验过程中的所有疑难点、操作重点都已明确指出， 我们所做的就是完成老师的演示，这使得实验过程变得枯燥不具有自主学习性。5：其他除掉以上一些，其他还有诸如实验室器材老化或严重不 足，实验室不完全向学生开放，只能在实验时进入，这就限 制了一些专业的学生如果在遇到问题后，想到实验室实验求 证的可能性?但是这些都不是首要需求，对于我们热能与动 力工程专业来说，所要求做的实验已经能满足我们对物理学 科的认识。四：我针对缺陷提出的解决办法1：对于初始阶段的单一性，我们可以理解为对基础的 掌握和巩固，但是随着知识学习的深入，我认为后期应该多 加入与其他学科综合的实验。并根据具体所学的专业，加入 不