实验课霍尔效应实验

大学物理实验霍尔效应研究内容介绍1，背景知识2，实验目的3，实验原理4，实验内容5，注意事项6，数据记录7，思考题8，知识拓展9，操作示范霍尔效应是美国物理学家霍尔1879年发现的。霍耳在实验中发现：放在磁场中导体块，当通有电流时，除了电流两端有电势差，在与磁场、电流均垂直的方向也有电势差－这就是霍耳效应。ＢＩ一、背景知识一、背景介绍2.霍尔效应应价值。根据霍尔效应原理制备的霍尔元件是一种磁传感器，可将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制.它具有许多优点：结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，耐震动，不怕灰尘、油污、

水汽及盐雾等的污染或腐蚀。二、实验目的了解霍尔效应微观机理。测绘试样的VH-IS

和VH-IM曲线。IMNfm﹢﹢﹢

﹢

﹢EH﹢

﹢

﹢fe1、霍耳效应的微观机理三、实验原理？设单位体积内载流子数密度为n，则电流强度为将上式与实验结果相比，可知：IMN霍尔系数2、电流强度的微观机理3、测绘曲线基本原理实验证明：霍耳电势差①式中K称作霍耳系数②式中的的为导体块顺着磁场方向的厚度。实验表明：UH与导体块的宽度b无关。ＢＩ探头高斯计测量大电流----几万安培具体运用的两个例子：测量磁场利用此原理制成高斯计测量外界磁场。探头用霍尔元件制成，通过测量UH，折算成B

。BI用霍尔元件测量大电流周围的磁场，可推算出动力线中流过的电流I。与B

之间的关再由无限长电流I系可知I

。附：本实验中磁场及测量➢铁心磁导率

，➢铁心面束缚电流

线圈中的励磁电流。➢（同向？反向？）➢等效螺线管➢强磁场集中到铁心内部且均匀！（p182-19.13)➢由铁心（或一定的间隙）构成的磁力线集中的通路叫磁路。四、实验内容

1，熟悉实验仪器的面板结构，了解各“调节”旋钮的作用和注意事项，正确联线。2，接通电源，预热5分钟。

3，保持电流IM＝400mA不变，改变电流Is,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-Is曲线。

4，保持磁场电流Is＝不变，改变电流IM,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IM曲线。1.熟悉实验仪器的面板结构，了解各“调节”旋钮的作用和注意事项，正确联线。2，接通电源，预热5分钟。3，保持电流IM＝400mA不变，改变电流Is,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-Is曲线。4，保持磁场电流Is＝不变，改变电流IM,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IM曲线。五、注意事项：1.请勿移动霍尔片的位置!2.电流和磁场的正负：(上正下负）闸刀向上合时，电流和磁场的为正。3.仪表稳定后方可读数。和IM千万不可联错。六、数据记录表表一保持电流IM＝400mA不变，改变电流Is测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-Is曲线。表二：保持工作电流Is＝不变，改变电流IM,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IM曲线。七、思考题1，霍耳电压是怎样形成的？答：霍耳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，正负电荷之间的电位差即为霍尔电压。2，如何观察不等位效应？如何消除它？答：这是由于测量霍耳电压的电极A和A‘位置难以做到在一个理想的等势面上，因此当有电流通过时，即使不加磁场，也会产生附加的电压V0

＝ISr，其中r为A、A’所在的两个等势面之间的电阻。V0的符号只与电流的方向有关，与磁场的方向无关，因此，可以通过改变电流的方向予以消除。量子霍尔效应克利青在1985年获得了诺贝尔物理奖。八、知识拓展分数量子霍尔效应华裔诺贝尔获奖者==崔琦九、示范操作实验中的负效应

在产生霍耳效应的同时，因伴随着各种副效应。1.不等势电压（电极位置上下不一致）2.热磁效应的直接附加电压（两电极电阻不等，发热不同）。3.热磁效应的热效应的附加电压1（1）不等电势差不等电势差是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以及电压输入端引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔片流过霍尔元件时，在，其方向只随

方向c3的两侧，如图所示。因此，当电流电极3、4间也具有电势差，记为不同而改变，与磁场方向无关。4e2消除负效应的办法采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能把副效应的影响从测量结果中消除.实验二

质粒DNA的分离提取实验目的了解碱法提取质粒的原理；掌握碱法提取质粒的方法。实验原理1946年，美国科学家Lederburg首先研究了细菌的性因子,并于1952年由

Lederburg正式命名为质粒。质粒是一种细菌染色体外的、具有自主复制能力的、双链DNA分子，大小可为

1kb到200kb，它随寄主细胞稳定遗传。质粒类型•质粒按复制方式分为两种类型：严紧型质粒和松弛型质粒严紧型质粒复制要在蛋白质合成时和DNA聚合酶Ⅲ的存在，只随染色体的复制而复制，拷贝数少，每个细胞只有1－10个。松弛型质粒松弛型质粒的复制需要DNA聚合酶Ⅰ，在细胞生长周期中随时可以复制，每个细胞中有10－200个以上的拷贝，有的甚至达到上千个。质粒的应用

质粒的特点使质粒成为携带外源基因进入细菌中扩增或表达的重要媒介物，这种基因运载工具在基因工程中具有极广泛的应用价值。大多数基因工程使用松弛型质粒。

严紧型质粒用来表达一些可使宿主细胞受毒害致死的基因。三大要素：多克隆位点选择标记（耐药性，LacZ）独立的复制单位T-载体分离质粒DNA方法目前常用的:•碱变性法•煮沸法•SDS法羟基磷灰石层析法碱变性法基本原理在碱性环境中，线性的大分子量细菌染色体DNA变性，而共价闭环质粒DNA仍为自然状态。将PH调至中性并有高盐浓度存在的条件下，染色体DNA之间交联形成不溶性网状结构，大部分

DNA和蛋白质在去污剂SDS的作用下形成沉淀，

而质粒DNA仍为可溶状态，通过离心可除去大部分细胞碎片、染色体DNA、RNA及蛋白质，质粒

DNA尚在上清中，再用酚氯仿抽提进一步纯化质粒DNA。实验仪器、材料与试剂（一）仪器恒温摇床超净工作台高压灭菌锅高速台式离心机微量取液器（二）材料含pGEX-4T-2质粒的大肠杆菌JM109。（三）试剂1.LB液体培养基（1L） 胰蛋白胨10g酵母提取物5

gNaCl

10

g加去离子水至800ml搅拌，使溶质完全溶解，用NaOH调节

pH值至，加入去离子水至总体积为1升，高压蒸汽灭菌20分钟。LB固体培养基（1L）在上述LB液体培养基（1L）中加入琼脂粉15g。2.

SolutionⅠ50

mmol/L葡萄糖25

mmol/L

Tris.·Cl

(pH

8.0)10

mmol/L

EDTA

()高压灭菌后，4℃保存备用。3.

SolutionⅡ(现用现配制)0.2

mol/L

NaOH1%

SDS4.

Solution

Ⅲ（100

ml） 5mol/L

KAc

60

ml冰醋酸11.5

ml水28.5

ml配制成的溶液Ⅲ含3

mol/L钾盐、5

mol/L醋酸 （）。5.氨苄青霉素（Amp）用无菌水配制成100

mg/ml溶液，置-20℃冰箱保存备用。胰RNA酶将胰RNA酶（RNA酶A）溶于10mmol/L

(pH

7.5)、15

mmol/L

NaCl中，

配成10

mg/ml的浓度，于100℃加热15分钟，缓慢冷却至室温，分装成小份保存于-20℃。7.氯仿，乙醇，70%乙醇。质粒提取的实验步骤1.用灭菌的牙签挑取单菌落放入50ml

LB液体培养基（含Amp0.1

mg/ml

）中，37℃振荡培养过夜；2.将菌液倒入1.5

ml

Eppendorf管中，10,000

rpm离心30秒，去掉上清液，重复两次；3.加入100μL

SolutionI漂洗沉淀，倒尽液体；4.加入100μL用冰预冷的SolutionI,涡旋使沉淀充分悬浮，室温放置5分钟；5.加入200μL

SolutionII，混匀（快速颠倒混匀30次，注意动作轻），室温放置2min。6.加入150μL用冰预冷的SolutionIII，温和颠倒混匀（注意动作轻），冰浴放置2－5min。7.12,000rpm，离心10min，将上清移至1个新Eppendorf管中，注意所取体积（约400

μL

）。6.加入等体积氯仿（约400

μL

），混匀（注意动作轻）。12,000rpm，4℃，离心10min，取上清液。7.上清液中加入预冷的等体积异丙醇，-20℃沉淀

20~30

min。8.12,000

rpm离心15

min。9.去上清，沉淀加入500μL

70%乙醇洗涤2次（

12,000

rpm离心3分钟）。10.去掉上清（注意沉淀勿丢失），室温或真空干燥沉淀。11.每管中加入25μL无菌水1μL

RNase，37℃溶解质粒DNA。实验结果及讨论碱法提取质粒的注意事项试剂盒操作方法【实验步骤】1、将培养好的1～2

ml细菌12,000

rpm离心2min，去上清。2、加250

µl

Solution

I，用枪头或振荡器充分悬浮细菌。

3、加入250µlSolution

II，立即上下颠倒5～10次，使细菌裂解，室温放置2分钟。

4、加入400µlSolution

III，立即上下颠倒5～10次，使之充分中和，室温放置2-4分钟。5、12,000

rpm离心，10分钟。

6、将步骤5中的上清转移到套放于2.0ml收集管内的spin

column柱中，12,000rpm室温离心60秒。倒掉收集管中的液体，将吸附柱放入同一个收集管中。

7、向吸附柱中加入500微升的RnaseA,12,000rpm离心30秒。倒掉收集管中的液体，将吸附柱放入同一个收集管中。8、向吸附