用霍爾元件測(cè)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

摘 要：本文針對(duì)目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)用霍爾元件測(cè)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中所用儀器FD-HL-5霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)中的使用情況所做出的相應(yīng)的改進(jìn)，刪掉了外置電阻接入端，添加了內(nèi)置電阻，使學(xué)生從一堆接線柱和電線中解脫出來(lái)，使實(shí)驗(yàn)裝置更加簡(jiǎn)潔、清晰、明了。使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中能夠更加深入的理解實(shí)驗(yàn)原理，使實(shí)驗(yàn)步驟更加一目了然。實(shí)驗(yàn)的成功率和效率也得到了很大的提升。

關(guān)鍵詞：FD-HL-5霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀；霍爾效應(yīng)；內(nèi)置電阻

中圖分類號(hào)：TP216.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 02-0000-01

霍爾效應(yīng)是物理當(dāng)中的一個(gè)重要的現(xiàn)象[1]，需要學(xué)生進(jìn)行理解和掌握。而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中用霍爾元件測(cè)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)很好的鍛煉了學(xué)生對(duì)于霍爾效應(yīng)這一現(xiàn)象的理解[2]，使學(xué)生掌握如何用霍爾元件測(cè)磁場(chǎng)。在此實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，學(xué)生能很好的理解霍爾元件的實(shí)用價(jià)值，并掌握其相應(yīng)的應(yīng)用方法。

霍爾效應(yīng)指的是在磁場(chǎng)中的在流體上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差的現(xiàn)象[3]。這一現(xiàn)象由24歲的研究生霍爾發(fā)現(xiàn)。在半導(dǎo)體快速發(fā)展之后[4]，由半導(dǎo)體做成霍爾元件在測(cè)磁場(chǎng)中得到很大的應(yīng)用。本文針對(duì)在用霍爾元件測(cè)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中的FD-HL-5霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。下面是霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)線路圖。

在圖中，可以明顯的看到，當(dāng)雙刀雙向開(kāi)關(guān)打到上面觸頭的時(shí)候，電壓表測(cè)量的是霍爾元件的電壓，當(dāng)雙刀雙向開(kāi)關(guān)打到下面觸頭的時(shí)候，電壓表測(cè)量的是取樣電阻上的電壓。原有儀器是將取樣電阻設(shè)計(jì)成外置電阻，需要學(xué)生自己連接外接電阻，給實(shí)驗(yàn)增加了步驟，同時(shí)分散了學(xué)生的注意力。所以，本文中將外接電阻改成內(nèi)置電阻。給出內(nèi)置電阻阻值。這樣就可以由內(nèi)置電阻上的電壓讀數(shù)和給出的內(nèi)置電阻阻值求出線路中的電流，也就是流經(jīng)霍爾元件的電流。有了流經(jīng)霍爾元件的電流，和霍爾元件上的電壓，則可以通過(guò)霍爾效應(yīng)原理測(cè)出磁場(chǎng)[5]。公式為：UH=IHKHB

其中，KH是霍爾元件靈敏度。與霍爾元件本身的性質(zhì)有關(guān)[4]。在本次實(shí)驗(yàn)中，采用的是砷化鎵霍爾元件作為樣品，其靈敏度非常高，因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

圖2為通過(guò)霍爾元件的電流與霍爾電勢(shì)差測(cè)量簡(jiǎn)圖。由圖中可得知，外接電阻使電路更加復(fù)雜化，將外接電阻內(nèi)置，可以大大簡(jiǎn)化面板。圖3為儀器在改進(jìn)之前的面板圖，圖4為儀器改進(jìn)之后的面板圖。由于將外接電阻改為內(nèi)置電阻，由面板圖就可以看出，改進(jìn)之后使實(shí)驗(yàn)更加具有可操作性，并且更加簡(jiǎn)單易懂。這樣既更加強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容，又能使學(xué)生很快的抓住實(shí)驗(yàn)的精髓部分，高效率高準(zhǔn)確率的做好實(shí)驗(yàn)。并且學(xué)生能夠更加深入的理解實(shí)驗(yàn)原理，清晰的掌握實(shí)驗(yàn)步驟。

在實(shí)踐上，將外接電阻的線路接入電阻[5]，整合到整個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器的箱體之中，并把內(nèi)置電阻的參數(shù)在儀器使用說(shuō)明中標(biāo)注出來(lái)。這樣在改進(jìn)之后的儀器面板圖中，就可以將外置電阻的電路說(shuō)明圖給省去，只留下雙刀雙向開(kāi)關(guān)的方向所代表的測(cè)得的值與霍爾元件兩端的電壓值或是內(nèi)置電阻上的電壓值相對(duì)應(yīng)。這樣簡(jiǎn)化了步驟。只需要簡(jiǎn)單地計(jì)算，就可以得到通過(guò)霍爾元件的電流值。并畫(huà)出霍爾元件的電流與霍爾元件的電壓的線性關(guān)系圖進(jìn)行分析計(jì)算。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)課上得到了學(xué)生們的一致好評(píng)，通過(guò)將外接電阻改為內(nèi)置電阻，給出內(nèi)置電阻阻值，不僅在操作上進(jìn)行了大量的簡(jiǎn)化，并且在計(jì)算上能夠讓學(xué)生直接通過(guò)所給的儀器參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。從而簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠更好地使用霍爾元件來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。更好地吃透實(shí)驗(yàn)的原理和操作步驟。并且學(xué)生能夠更加深刻的理解磁場(chǎng)的性質(zhì)，霍爾元件的特性，很好的開(kāi)拓思路，鍛煉他們抓取主要部分，忽略和簡(jiǎn)化次要部分的能力。

參考文獻(xiàn)：

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