霍爾效應(yīng)探究結(jié)題報(bào)告

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1、霍爾效應(yīng)的探究結(jié)題報(bào)告龍游第二高級(jí)中學(xué)指導(dǎo)教師：余紅巖高二（7）(8)班組長(zhǎng)：潘非凡第一執(zhí)筆人:潘非凡組員：潘非凡、王晨越、袁沈甜、邱曉芬、余烈、何暢、徐壑、嚴(yán)姣、夏航駿、姜利軍。2008．04．2013成果類別：學(xué)科類霍爾效應(yīng)探究結(jié)題報(bào)告龍游第二高級(jí)中學(xué)?[課題成員]:潘非凡、王晨越、（7班）袁沈甜、邱曉芬、余烈、何暢、徐壑、嚴(yán)姣、夏航駿、姜利軍（8班）。[指導(dǎo)教師]：余紅巖。[課題研究背景]:霍爾效應(yīng)是1879年被EH霍爾發(fā)現(xiàn)，它定義了磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，這種效應(yīng)和傳統(tǒng)的感應(yīng)效果完全不同。當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)橫向的作用力，從而在導(dǎo)體

2、的兩端產(chǎn)生電壓差。訖今為止，霍爾效應(yīng)已得到了廣泛的作用，例如，利用霍爾效應(yīng)制成的傳感器和開(kāi)關(guān)具有無(wú)觸電、低功耗，使用壽命，響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)。而所研究的正是它們的工作的應(yīng)用，原理——霍爾效應(yīng)，來(lái)深入認(rèn)識(shí)和解析霍爾現(xiàn)象。[摘要]：運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，以及查得的相關(guān)資料對(duì)影響的因素進(jìn)行理論分析，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，分析是本次研究的重點(diǎn)。通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合分析，可得知：霍爾系數(shù)決定了霍爾無(wú)件對(duì)磁場(chǎng)有無(wú)的感應(yīng)能力的強(qiáng)弱。對(duì)于霍爾系數(shù)一定的霍爾元件來(lái)說(shuō)，所加磁場(chǎng)越大、則霍爾效應(yīng)越明顯……[研究過(guò)程]：（一）明確研究目的及意義（二）觀察、了解霍爾現(xiàn)象（三）分析、解釋霍爾現(xiàn)象，推導(dǎo)影響輸出霍爾電

3、壓的因素13（四）實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與記錄，（五）分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，（六）結(jié)論與成效。一、????研究目的及意義：（1）弄清什么是霍爾效應(yīng)。（2）弄清霍爾電壓與哪些因素有關(guān)。（3）掌握研究霍爾效應(yīng)的方法。（4）分析不同霍爾元件的電壓。（5）了解霍爾元件的用途。二、????觀察、了解霍爾現(xiàn)象。三、????霍爾效應(yīng)的解析、與影響霍爾電壓的因素的分析。所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體，半導(dǎo)體中的載流了時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象，故可如下分析影響因素。如圖：是發(fā)生霍爾效應(yīng)的一段導(dǎo)體，Ｌ為導(dǎo)體厚度,d為導(dǎo)體的寬度,I是通過(guò)導(dǎo)休的電流,B是所加磁場(chǎng)強(qiáng)度,查得霍爾電壓U=KIB/d其中K是霍爾

4、系數(shù),n為單位體積內(nèi)自由電數(shù)即載流子濃度(可以將其簡(jiǎn)化為單個(gè)電子進(jìn)行受力分析).根據(jù)霍爾效應(yīng),我們可以得出磁場(chǎng)的作用效果使運(yùn)動(dòng)電子受到一個(gè)向上的洛倫茲力F洛=eＶB……(1)13而產(chǎn)生的電場(chǎng),完全阻礙了使電子在洛侖茲力方向上的運(yùn)動(dòng)效果,使電子受到與F洛大小相同方向相反的電場(chǎng)力:F電=Ee(E表示產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的大小)……（2）場(chǎng)強(qiáng)E與U存在如下關(guān)系：U=EL……（3）故聯(lián)（2）、（3）可得：F電=U.e/L……（4）因通過(guò)該導(dǎo)體的電流可表示成：I=n.e.s.V=neLdV……（5）故聯(lián)（1）（5）可得，F(xiàn)洛=I.B/nLd……（6）由兩個(gè)力對(duì)電子的作用效果可得：F洛=F電……（7）Ue/

5、L=I.B/(n.e.dL)……（8）化簡(jiǎn)：U=I.B/(n.e.d)……（9）K=1/ned分析結(jié)果:所以由(9)我們可以認(rèn)識(shí)到影響輸出霍爾電壓大小的因素有磁場(chǎng)B,通過(guò)電流的大小I以及K的大小即1/ne的大小和導(dǎo)體寬度d。并且對(duì)于同一材料制成的霍爾元件，K的值相同。即K由其材料性質(zhì)決定，而且K的不同，霍爾元件對(duì)于磁場(chǎng)的感應(yīng)能力也就不同。四、????實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量并記錄不同型號(hào)霍爾元件在不同磁場(chǎng)下的霍爾電壓，驗(yàn)證理論分析結(jié)果。（2）實(shí)驗(yàn)方法，控制變量法。13（3）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：霍爾元件3144、44E、以及未知型號(hào)霍爾元件，一塊磁性故弱的條形磁塊，一小塊強(qiáng)磁性磁鐵，數(shù)字式電

6、表，直流電源，開(kāi)關(guān)、若干導(dǎo)線。?（4）實(shí)驗(yàn)步驟：1、連接好裝置。2、測(cè)得在不加磁場(chǎng)情況下的霍爾電壓。3、用條形磁鐵的一極直于霍爾元件背面靠近，在某一固定位置測(cè)出霍爾電壓，接著換成另一極，在同一位置測(cè)出霍爾電壓，記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)。再換成強(qiáng)磁性磁鐵進(jìn)行上述操作。4、將元件換成其它型號(hào)元件，重復(fù)上述操做，記錄數(shù)據(jù)。磁場(chǎng)情況霍爾電壓V／Ｖ?型號(hào)條形磁鐵強(qiáng)磁性磁鐵不加磁場(chǎng)磁鐵所處位置N極靠近S極靠近N極靠近S極靠近3144(1)0.000.024-0.0022.0000.000離元件較近且等距?（2）0.000.0220.0002.200-0.002未知參數(shù)的霍爾元件0.0000.0000.00

7、04.1000.00144E(3)0.0050.121??0.002(4)0.0050.021??0.002較遠(yuǎn)五．結(jié)論：?由上表可知：（1）在強(qiáng)磁場(chǎng)下霍爾效應(yīng)明顯（2）未知參數(shù)的霍爾元件與3144的性能較好，K值較大。13六．結(jié)論與成效：通過(guò)本課題的研究，我們學(xué)習(xí)到了許多書(shū)本上學(xué)不到的方法。比如，在我們的生活中,存在著許多的電學(xué)與磁學(xué)知識(shí),我們可以通過(guò)自己掌握的知識(shí)運(yùn)用到日常生活中,有利于通過(guò)生活中的實(shí)踐,更好地理解物理知識(shí)添加一些知識(shí)．又如何查資料，如