课题研究-霍尔效应-学案全面版

霍尔效应背景资料：1879年霍尔..EHHall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，HabBIUkd（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119sj，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119sj型号为例，最大输入电流为10mA。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b中就将有一个电流，也就是霍尔电流HHUIRr，R为此处串联的电阻，r为回路b霍尔电源的内阻。当输入电流I固定后，霍尔电压HU与外界磁场B变化是成正比的，HUB，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，HIB，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0500R，电源使用一个1.5V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，1.5V干电池，电阻箱，磁铁实验步骤：1．先把电阻箱的阻值调到500，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119sj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10ts的时刻，磁场0BmT时，霍尔电流为4.5A，这是因为半导体霍尔片制造工艺并不是严格理想的，以119sj为例，当加入测试电流5mA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.选择朋友要经过周密考察，要经过命运的考验，不论是对其意志力还是理解力都应事先检验，看其是否值得信赖。此乃人生成败之关键，但世人对此很少费心。虽然多管闲事也能带来友谊，但大多数友谊则纯靠机遇。人们根据你的朋友判断你的为人：智者永远不与愚者为伍。乐与某人为伍，并不表示他是知已。有时我们对一个人的才华没有信心，但仍能高度评价他的幽默感。有的友谊不够纯洁，但能带来快乐；有些友谊真挚，其内涵丰富，并能孕育成功。一位朋友的见识比多人的祝福可贵得多。所以朋友要精心挑选，而不是随意结交。聪明的朋友则会驱散忧愁，而愚蠢的朋友会聚集忧患。此外，若想让友谊地久天长。这需要技巧和判断力。有的朋友需近处，有的则需远交。不善言谈的朋友可能擅长写信。距离能净化近在身边无法容忍的缺陷。交友不宜只图快乐，也要讲求实用。一位朋友等于一切。世间任一美好事物的三大特点，友谊兼而有之：真、善、专一。良友难遇，如不挑选则更难求。保住老朋友，比结交新朋友更重要。交友当寻可长久之友，如得其人，今日之新交，他年自成老友。最好的朋友是那些历久常新，能与之共享生活体验者。没有朋友的人生是一片荒原。友谊使欢乐加倍，痛苦减半；它是应对厄运的不二良方，是可以滋润心田的美酒。