利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng) 教案

1、利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)【教學(xué)目的】【教學(xué)目的】1.使學(xué)生了解霍爾電壓產(chǎn)生的機(jī)制；2.使學(xué)生學(xué)會(huì)用霍爾元件測(cè)量磁場(chǎng)的基本方法【重點(diǎn)與難點(diǎn)】【重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的原理難點(diǎn)：1、霍爾電壓的產(chǎn)生機(jī)制；2、消除附加效應(yīng)的方法【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1霍爾元件輸出特性測(cè)量（測(cè)繪VHIS曲線。VHIM曲線）2測(cè)繪螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布曲線【教學(xué)方法】【教學(xué)方法】口頭講述、板書、實(shí)驗(yàn)演示【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)】【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

2、】1、內(nèi)容的引入：內(nèi)容的引入：提問(wèn)：（1）、電荷在磁場(chǎng)中作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到什么力的作用？這個(gè)力會(huì)使電荷的運(yùn)動(dòng)發(fā)生怎樣的變化？（洛倫茲力；圓周運(yùn)動(dòng)）（2）、什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電壓是怎樣產(chǎn)生的？（見(jiàn)實(shí)驗(yàn)原理）小，其單位是，一般要求愈大愈好。由于金屬的電子濃度很高，所以它的RH??TmAmV?HK??n或KH，都不大，因此不適宜作霍爾元件。此外元件厚度d愈薄，KH愈高，所以制作時(shí)，往往采用減少d的辦法來(lái)增加靈敏度，但不能認(rèn)為d愈薄愈好

3、，因?yàn)榇藭r(shí)元件的輸入和輸出電阻將會(huì)增加，這對(duì)霍爾元件是不希望的。本實(shí)驗(yàn)采用的霍爾片的厚度d為0.2mm，為1.5mm，長(zhǎng)度L為1.5mm。應(yīng)當(dāng)注意：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和元件平面法線成一角度時(shí)（如圖22），作用在元件上的有效磁場(chǎng)是其法線方向上的分量，此時(shí)：?cosBBIsBKUHHcos?所以一般在使用時(shí)應(yīng)調(diào)整元件兩平面方位，使VH達(dá)到最大，即：，這時(shí)有：0??（7）??BIsBKUHHcosIsBKH由式（7）可知，當(dāng)工作電流Is或磁感應(yīng)強(qiáng)

4、度B，兩者之一改變方向時(shí)，霍爾電勢(shì)UH方向隨之改變；若兩者方向同時(shí)改變，則霍爾電勢(shì)UH極性不變。（2）螺線管的磁場(chǎng)強(qiáng)度：）螺線管的磁場(chǎng)強(qiáng)度：根據(jù)畢奧薩伐爾定律，對(duì)于長(zhǎng)度為2L匝數(shù)為N1半徑為R的螺線管離開中心點(diǎn)x處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為其中NA2，為真空磁導(dǎo)率；n=N2L，為單位長(zhǎng)度的匝數(shù)，本實(shí)驗(yàn)的螺線管的N=1800匝，總長(zhǎng)度為2L=183mm。對(duì)于“無(wú)限長(zhǎng)”螺線管L》R，所以B=μ。nI對(duì)于“半無(wú)限長(zhǎng)”螺線管在端點(diǎn)處有X=L，且L》R，所以

5、B=μ。nI2（3）實(shí)驗(yàn)中的副效應(yīng)及其消除法）實(shí)驗(yàn)中的副效應(yīng)及其消除法測(cè)量霍爾電勢(shì)UH時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些副效應(yīng)，由此而產(chǎn)生的附加電勢(shì)疊加在霍爾電勢(shì)上，形成測(cè)量系統(tǒng)誤差，這些副效應(yīng)有：1）不等位電勢(shì)）不等位電勢(shì)U0由于制作時(shí)，兩個(gè)霍爾電勢(shì)不可能絕對(duì)對(duì)稱的焊在霍爾片兩側(cè)（圖24a）、霍爾片電阻率不均勻、控制電流極的端面接觸不良（圖24b）都可能造成A、B兩極不處在同一等位面上，此時(shí)雖未加磁場(chǎng)，但A、B間存在電勢(shì)差U0，此稱不等位電勢(shì)，