霍尔效应实验报告模板2025秋V1.0（当堂处理和提交）
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预习报告（课前撰写）
预习问题：用示意图、思维导图和简要文字回答下面的问题
  1. 在霍尔效应实验中，通过霍尔电压的极性可以判断材料的导电类型（n型或p型）。为什么霍尔电压的符号（正或负）与载流子的电荷性质相关？请结合载流子运动方向与洛伦兹力的关系说明。
  2. 对比金属与半导体材料，解释半导体材料中霍尔效应更显著的原因。
  3. 若改变磁场相对于霍尔元件的大小或方向，霍尔电势差将如何变化？原因是什么？
  4. 霍尔灵敏度的物理意义是什么？如何用公式表示其与霍尔电势差 UH、磁场B和工作电流Is的关系？ 如何测定霍尔灵敏度？
  5. 怎样利用霍尔效应测定磁场？
  6. 若实验中霍尔电势差极小且难以观测，可能是什么原因？
一、课堂报告
  1. 【注意事项】 ⚫ 切不可将磁场激励电流IM接到霍尔元件工作电流IS上，否则，有可能烧毁试件； ⚫ 关闭电源前，一定把各电流调节到零； ⚫ 霍尔元件工作电流不要过大。
1 验证霍尔电压与工作电流的线性关系
  1. 将工作电流和励磁电流源都调到零；
  2. 按照图3-11连接电路；
  3. 将霍尔传感器置于螺线管轴线中间位置；
  4. 电压表调零；
  5. 励磁电流IM调至500mA;
  6. 从0.00mA开始至4.50mA结束，按照0.50mA的步长逐渐改变IS。在表1中记录每个IS对应的四个横向电压U1、U2、U3和U4（通过按动换向开关依次获得，注意脚标与换向顺序的关系）；
  7. 根据式（3-20）计算霍尔电压并填表；
  8. 分别利用最小二乘法和手工作图方法对霍尔电压-工作电流数据进行线性拟和，将得到的拟和结果填入表1（注意有效数位）。
表1 霍尔电压、工作电流线性关系验证数据记录表
励磁电流Im=________mA
单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Is mA 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50
U1 V
U2 V
U3 V
U4 V
UH V
\( U_{\rm{H}}=k_{1}I_{\rm{s}}+b_1\) 最小二乘法 斜率\(k_{1}=\)_________ 截距\(b_{1}=\)_________ 相关系数\(\gamma_{1}=\)_________
手工拟和（坐标纸见图1） 斜率\(k_{1}=\)_________ 截距\(b_{1}=\)_________
图1
2 验证霍尔电压与励磁电流（外磁场）的线性关系
  1. 将工作电流和励磁电流源都调到零；
  2. 按照图3-11连接电路；
  3. 将霍尔传感器置于螺线管轴线中间位置；
  4. 电压表调零；
  5. 励磁电流Is调至4.00mA;
  6. 从0mA开始至800mA结束，按照100mA的步长逐渐增加IM。在表2中记录每个IM对应的四个横向电压U1、U2、U3和U4（通过按动换向开关依次获得，注意脚标与换向顺序的关系）；
  7. 根据式（3-20）计算霍尔电压并填表；
  8. 利用最小二乘法对霍尔电压-励磁电流数据进行线性拟和，将得到的拟和结果填入表2（注意有效数位）。
表2 霍尔电压、励磁电流线性关系验证数据记录表
工作电流Is=________mA
单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Im mA 0 100 200 300 400 500 600 700 800
U1 V
U2 V
U3 V
U4 V
UH V
\( U_{\rm{H}}=k_{2}I_{\rm{m}}+b_2\) 最小二乘法 斜率\(k_{2}=\)_________ 截距\(b_{2}=\)_________ 相关系数\(\gamma_2=\)_________
3 观察螺线管轴线处磁场分布规律
  1. 将工作电流和励磁电流源都调到零；
  2. 按照图3-11连接电路；
  3. 电压表调零；
  4. 将霍尔传感器置于螺线管轴线中间位置；
  5. 工作电流Is调至4.00mA，励磁电流IM调至500mA;
  6. 从当前位置（螺线管轴线中间）开始，向螺线管外侧逐渐移动霍尔传感器，直至横向电压不再有变化。观察变化趋势，并合理确定测量点。横向电压变化缓慢的区间间隔可以大一点，变化显著的采样点小一些。在表3中记录每个位置（对应的四个横向电压U1、U2、U3和U4（通过按动换向开关依次获得，注意脚标与换向顺序的关系），总测量点数控制在10个；
  7. 根据式（3-20）计算霍尔电压并填表；
  8. 根据式（3-10）计算磁感应强度并填表；
  9. 在图2中绘制B-z曲线，并根据磁场的变化情况标出螺线管边缘位置。
表3 螺线管轴线磁场分布数据记录表
工作电流Is=________mA，励磁电流Im=________mA，霍尔灵敏度KH=________
单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
z mm
U1 V
U2 V
U3 V
U4 V
UH V
\( B=\frac{1}{K_{\rm{H}}}\frac{U_{\rm{H}}}{I_{\rm{s}}}\) mT
图2
4 观察亥姆霍兹线圈径向位置轴向分量的磁场分布规律
  1. 将工作电流励磁电流源、电压表都调到零；按照图3-12连接电路；
  2. 将霍尔传感器置于亥姆霍兹线圈轴线中间位置；
  3. 工作电流Is调至4.00mA，励磁电流IM调至500mA;
  4. 从当前位置（亥姆霍兹线圈轴线中间）开始，沿线圈径向向外逐渐移动霍尔传感器，直至横向电压不再有变化。观察变化趋势，并合理确定测量点。横向电压变化缓慢的区间间隔可以大一点，变化显著的采样点小一些。在表3中记录每个位置（对应的四个横向电压U1、U2、U3和U4（通过按动换向开关依次获得，注意脚标与换向顺序的关系），总测量点数控制在10个；
  5. 根据式（3-20）计算霍尔电压并填表；根据式（3-10）计算磁感应强度并填表；
  6. 在图3中绘制B-r曲线，观察变换规律。。
表4 亥姆霍兹线圈径向位置轴向分量数据记录表
工作电流Is=________mA，励磁电流Im=________mA，霍尔灵敏度KH=________
单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
z mm
U1 V
U2 V
U3 V
U4 V
UH V
\( B=\frac{1}{K_{\rm{H}}}\frac{U_{\rm{H}}}{I_{\rm{s}}}\) mT
图3
5 结束操作
  • 将励磁电流、工作电流调零，并拆除连接线（继电器供电线除外）。
  • 将所有实验设备关闭；整理线缆、桌面和凳子；当堂交报告。