霍耳效应实验报告
学号：200702050940 实验人：张学林 同组人： 杨天海
实验目的：
1、 观察霍耳效应；
2、 了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方法 实验内容：
实验原理：
一、关于霍耳效应
如图一所示。当电流通过一块导体或半导体制
B B x y z
1、确定样品导电类型；
2、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度； 3、测算长螺线管轴线上的磁场分布。
成的薄片时，载流子会发生漂移。
而将这种通有电流的薄片置于磁场中，并使薄
a b + Fm -- Fe -- EH + 片平面垂直于磁场方向。根据图一中的电流方向，并结合右手定则，我们可以看到：（1）无论导体中的载流子带正电荷还是负电荷，其受力均为Fm方向；（2）载流子均会沿X轴方向运动，并最终靠在A端。于是：（1）当载流子为正电荷时薄板A端带正电荷，导致板A端电势高于B端；（2）当载流子为负电荷时薄板A端带负电荷，导致板B端电势高于A端。
这就是霍耳效应。
二、关于霍耳效应性质的研究
如图一，关于霍耳效应的相关参量已如图所
b v I VH A （a
+ a -- B Fe Fm A （b
-- EH + I VH v 示。
其中载流子所受的磁场力
Fm?qvB
(图一)
（1）
载流子所受的电场力
Fe?qE
（2）
当其所受磁场力与电场力受力平衡时：
第 页 共 8 页
1
有关系， 且有，
Fe?Fm
UH?EHa?vBa
I(n为载流子浓度) nqab （3） （4）
我们又知道，v?（5）
于是，由（1）～（3）可知
EH?IB nqab
（6）
再结合（4）式可得
UH?IB1?()IB nqbnqb
（7）
令
RH?1 nqBI b （8）
为霍耳系数，并代入（7）式可得
UH?RH （9）
那么，霍耳系数又可表示为 RH?即，
UHb IB
（10）
RH?UHb1? IBnq （11）
三、关于霍耳效应的应用
1、利用霍耳效应确定导体的类型
由（11）式可得，导体横向电势差与导体中载流子类型有关：当UH为正时载流子为电子，导体为P型半导体；反之，载流子为空穴，导体为N型半导体。
2、利用霍耳效应计算霍耳系数
根据（9）式，可以固定B、b，改变I得到UH，多测几组U—I值。然后根据几组U—I值在直角坐标系中描
点，可根据拟合出来的直线的斜率求出霍耳系数。
3、 霍耳灵敏度的计算
若将（7）式中的括号以内的项定义为霍耳灵敏度，即令Kn?算出来，霍耳灵敏度也就计算出来了。
4、利用霍耳效应计算载流子浓度 由（7）、（11）式可得n?1?RHb。于是，（二、2）中的霍耳系数计nqb1。 RHq第 页 共 8 页
2
于是，载流子浓度的计算可以利用（二、2）中计算出来的霍耳系数来得到 5、利用霍耳效应测定长螺线管轴线上的磁场分布 由于Kn?U1，并结合（7）式可得B?H。当KH确定时，我们可以通过测量对应的UH—I值来测算相nqbKHI应的磁场强度B的值。
实验步骤：
DI S2 DV
霍耳片
HI
图二
一、确定导体类型
1、依图二连接电路；
2、调节恒流电源HI，使电流为10mA； 3、观察电压表所指示的电压的极性，记录
IM DI S0
并判断霍耳片的
IS S1 导电类型。
二、测霍耳片对应的U—I值
1、调节HI，记录恒定电流值的大小，读出 电 压表的示数并记录；
HI0
图三
2、调节HI，改变恒定电流值大小7次，重 复 上述测量并记录。形成8组数据。
三、测长螺线管轴线上的磁场分布 1、测量螺线管全长l并记录数据；
2、移动附有霍耳片的标尺，使图二中的霍耳片伸入图三中的螺线管中的X（如图四所示）处，读数并记录X的大小；
3、闭合开关S0、S1、S2于某一端，使图二与图三所示电路中的电流均沿各图所示方 向； 4、调节HI0与HI得恒定电流值IM=0.2A、IS=2.00mA； 5、读出图二电路中电压表与电流表的读数并记录入表； 6、改变IM、IS的方向三次，形成四组数据并记录；
第 页 共 8 页
3
x l 图四
7、移动附有霍耳片的标尺，改变霍耳片的位置11次，重复上述测量并记录数据。形成12组数据。
注意事项：
实验数据的记录：
霍耳片对应U—I值
表一
次 数 1 0．600 2 3 4 0．100 0．200 0．300 0．400 0．500 0．600
螺线管电磁感应强度
表二 IM=0.2A IS=2.00mA 量 次数 1 X (mm) 0 ?U1H?U2?U3?U441、注意（一、2，二、2，三、4）步中调节电流时，不要超过霍耳片的额定电流值； 2、注意表上的接线柱及开关S0、S1、S2不要弄错；
3、在实验步骤（三、6）中在磁场变化大的地方要多选几个点。 4、为了防止电磁铁过热，数据记录时，要断开开关S0。
U1(mV) U2(mV) U3(mV) U4(mV) IM(mA) IS(mA)?IM,?IS -10.9 -21.7 -32.6 -43.4 -12.4 -20.6 UH?U1?U2?U3?U44?mv? ?IM,?IS?IM,?IS 10.8 21.6 32.5 43.3 12.3 20.5 28.8 37.1 45.7 54.0 -9.3 -18.6 -28.0 -37.3 -4.7 -13.0 -21.3 -29.7 -38.2 -46.6 ?IM,?IS 9.3 18.6 27.9 37.2 4.6 12.9 21.2 29.7 38.1 46.6 -10.075 -20.125 -30.25 -40.3 -8.5 -16.75 -25.025 -33.4 -41.95 -50.325 2．00 4．00 6．00 8．00 1 2 3 4 5 6 10．00 -28.8 -37.1 -45.8 -54.1 U1(mV) U2(mV) U3(mV) ?IM,?IS -2.6 U4(mV) U ?mv??IM,?IS -4.2 ?IM,?IS 4.1 ?IM,?IS 2.5 -3.325 第 页 共 8 页 4
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 29 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.1 -4.0 -3.8 -3.4 -2.9 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.0 4.0 3.7 3.3 2.8 数据处理
-2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.5 -2.3 -1.8 -1.4 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.4 2.4 2.2 1.8 1.3 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.325 -3.275 -3.225 -3 -2.575 -2.1 IM(mA) 量IS(mA) 次数 ?U?U?UU?mvR?U?41234HH?UHb1? IBnqn?1 RHq?19Kn?1 nqbq?1.6?10 -10.075 -20.125 -30.25 -40.3 -8.5 -16.75 -0.00898 6.96×1020 -0.00897 6.96×1020 -0.00899 6.95×1020 -0.00898 6.96×1020 -0.15159 0.41×1020 -0.14936 0.42×1020 -0.14877 0.42×1020 -0.14892 0.42×1020 -0.14963 0.42×1020 第 页 共 8 页
1 0．600 2 3 4 0．100 0．200 0．300 0．400 0．500 1 2 3 4 5 2．00 4．00 6．00 8．00 0.03 0.03 0.03 0.03 0.54 0.53 0.53 0.53 0.53 5
10．00 -25.025 -33.4 -41.95