一幅容易誤導(dǎo)學(xué)生的物理教材插圖

王建永

摘要：筆者認(rèn)為物理教材對(duì)霍爾效應(yīng)原理的敘述，與提供的插圖不符，模糊不清，容易誤導(dǎo)學(xué)生對(duì)該現(xiàn)象的理解。本文闡述了霍爾效應(yīng)的原理，霍爾元件的特點(diǎn)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：霍爾元件、效應(yīng)、原理、應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G633.7 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1992-7711（2019）02-0105

高中教材物理選修3-1（103頁(yè)）圖課-1，由于文字?jǐn)⑹鲞^(guò)于簡(jiǎn)略，容易造成學(xué)生困惑。霍爾元件是什么導(dǎo)體？猜想一：金屬導(dǎo)體，在金屬導(dǎo)體內(nèi)，導(dǎo)電的是自由電子。自由電子定向運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反，那么金屬板上側(cè)出現(xiàn)的不是正電荷，而是負(fù)電荷，與圖中標(biāo)注的相反。猜想二：半導(dǎo)體，但沒(méi)有指明是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體？實(shí)際上，根據(jù)圖上標(biāo)的方向，應(yīng)該可以確定出霍爾元件采用的是P型半導(dǎo)體。當(dāng)然也可能編者目的是讓學(xué)生進(jìn)行課題研究，故意淺嘗輒止，沒(méi)有闡述透徹，為了便于學(xué)生弄清原理，澄清這個(gè)模糊概念，筆者對(duì)霍爾效應(yīng)作一更詳細(xì)的介紹。

一、什么是霍爾效應(yīng)

將通有電流的導(dǎo)體置于磁場(chǎng)B之中，磁場(chǎng)B方向與電流IH方向垂直，如圖所示，經(jīng)下面的分析可以得出，在導(dǎo)體中垂直于磁場(chǎng)B方向和電流IH方向上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)橫向電勢(shì)差UH.這種物理現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的，因此稱為霍爾效應(yīng)。

霍爾效應(yīng)對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)現(xiàn)象并不明顯，但是對(duì)于半導(dǎo)體，現(xiàn)象卻非常顯著。半導(dǎo)體材料有N型和P型兩種，N型半導(dǎo)體載流子為電子，帶負(fù)電;P型半導(dǎo)體載流子為空穴，相當(dāng)于帶正電的粒子。

二、霍爾效應(yīng)的原理

三、霍爾效應(yīng)的應(yīng)用

利用霍爾效應(yīng)可以判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型，測(cè)定載流子濃度等重要參數(shù)，因此霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料的重要手段。

由④式可知，如果已知霍爾片的靈敏度KH，只要分別測(cè)出霍爾電流IH及霍爾電勢(shì)UH，就可算出磁場(chǎng)B的大小。由于霍爾效應(yīng)建立電場(chǎng)所需時(shí)間很短（約10-12～10-14s），因此通過(guò)霍爾元件的電流采用直流或交流都可以，即利用霍爾效應(yīng)既能測(cè)量直流磁場(chǎng)，也能測(cè)量交流磁場(chǎng)。

可以利用霍爾效應(yīng)制成磁敏傳感元件，把磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將物體的運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開(kāi)關(guān)的功能。因此，霍爾效應(yīng)在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬文蔚.物理學(xué)（中冊(cè)第四版）.高等教育出版社，1999（11）.

[2] 王化祥，張淑英.傳感器原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社，1988（4）.

（作者單位：陜西省西北工業(yè)大學(xué)附中 710072）