2019-2020年新课标教科版3-1选修三3.5《洛伦兹力的应用》WORD教案1.doc

霍尔效应2019-2020年新课标教科版3-1选修三3.5洛伦兹力的应用WORD教案1背景资料：1879年霍尔发现，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， （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，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，以型号为例，最大输入电流为。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，那回路中就将有一个电流，也就是霍尔电流，为此处串联的电阻，为回路霍尔电源的内阻。当输入电流固定后，霍尔电压与外界磁场变化是成正比的，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，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，电源使用一个的干电池，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，干电池，电阻箱，磁铁实验步骤：1先把电阻箱的阻值调到，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“TriE iLab”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，在的时刻，磁场时，霍尔电流为，这是因为半导体霍尔片制造工艺并不是严格理想的，以为例，当加入测试电流时，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.