螺线管磁场的测定.doc

成 绩评 定教 师签 名嘉应学院物理系大学物理学生实验报告实验项目： 实验地点： 班 级： 姓 名： 座 号： 实验时间： 年 月 日物理系编制 实验预习部分 一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法。3.精确测量通电螺线管磁场分布，二、实验原理 霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦茨力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差， 图2 霍耳元件这种现象称为霍耳效应。在与电流I、磁场B垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用UH表示。霍耳效应的数学表达式为： (1)其中RH是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。B为磁感应强度，I为流过霍耳元件的电流强度，KH称为霍耳元件灵敏度。虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，UH=0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U0称为剩余电压。图3 95A型集成霍耳元件内部结构图当螺线管内有磁场且集成霍耳传感器在标准工作电流时，与(1)式相似，由(1)式可得：式中U为集成霍耳传感器的输出电压，K为该传感器的灵敏度，经用2.500V外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值(仪器用mV档读数)。三、实验仪器FD-ICH-II新型螺线管磁场测定仪由集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源00.5A；直流稳压电源输出二档(2.4V2.6V和4.8V5.2V)；数字电压表(19.999V和1999.9mV二档)；双刀换向开关和单刀换向开关各一个，导线若干组成。其仪器组成外型如图1所示。四、 实验内容1、实验装置按接线图1所示。螺线管通过双刀换向开关K2与直流恒流电源输出端相接。集成霍耳传感器的“V+”和“V-”分别与4.8V5.2V可调直流电源输出端的正负相接(正负极请勿接错)。“Vout”和“V-”与数字电压表正负相接。2、断开开关K2(当K2处于中间位置时断开)，使集成霍耳传感器处于零磁场条件下，把开关K1指向1，调节4.8V5.2V电源输出电压，数字电压表显示的“Vout” 和“V-”的电压指示值为2.500V，这时集成霍耳元件便达到了标准化工作状态，即集成霍耳传感器通过电流达到规定的数值，且剩余电压恰好达到补偿，U0=0V。3、仍断开开关K2，在保持“V+”和“V-”电压不变的情况下，把开关K1指向2，调节2.4V2.6V电源输出电压，使数字电压表指示值为0(这时应将数字电压表量程拨动开关指向mV档)，也就是用一外接2.500V的电位差与传感器输出2.500V电位差进行补偿，这样就可直接用数字电压表读出集成霍耳传感器电势差的值。4、测定霍耳传感器的灵敏度K(1)改变输入螺线管的直流电流Im，将传感器处于螺线管的中央位置(即X=17.0cm)，测量Im关系，记录10组数据，Im范围在0500mA，可每隔50mA测一次。(2)用最小二乘法求出Im，直线的斜率 和相关系数r。(3)对于无限长直螺线管磁场可利用公式：B=(真空磁导率，n为螺线管单位长度的匝数)，求出集成霍耳传感器的灵敏度 实验数据记录与处理 5、 实验