自制霍爾效應演示實驗

袁維兵

摘要：隨著科學技術的飛速發展，各類傳感器的應用開始得到普及，而作為傳感器的一種--霍爾傳感器。它在流體測速并計量的領域的到廣泛應用，如加油站等。對帶電粒子在復合場中的運動實例“霍爾效應”的實驗進行研究開發，現有教材既沒有對霍爾效應進行嚴密推導又沒有實驗演示，很不利于教師教和學生學。而帶電粒子在復合場中的運動分析又是高考重點和難點。而對霍爾效應的理解是此類問題分析的基礎，所以我們在很多資料上都能看到霍爾效應的實例分析。該項目設計讓強電解質NaCl溶液流過由強磁釹鐵硼磁鐵所形成的磁場產生霍爾效應，使得Na+離子和Cl-l離子受到方向相反的洛倫茲力分別向相反的方向運動，由于這些正負離子的分離與積累，在液體內就會形成電場，從而在兩銅板電極上產生電動勢。再通過實驗用的數字電表測電流，就很直觀的看到了霍爾效應。改變了由直接向學生傳授定律向學生實驗探究的轉變，既提高了學生的學習興趣和理解能力;又讓學生學習了實驗設計的方法。讓學生對帶電粒子在復合場中的運動的分析與理解更加完美。

關鍵詞：霍爾效應 復合場 電解質

一、設計思路

原型啟發：隨著科技的發展，新材料稀有金屬釹鐵硼磁鐵的發明大大提高了永久磁鐵的磁感應強度（最大能達0.9T），使很多涉及磁場的實驗變為可能。

設計思路：霍爾效應的應用，讓流動的NaCl溶液通過由稀有金屬釹鐵硼磁鐵所形成的強磁場，由于鈉離子和氯離子帶異種電荷，它們在同一磁場中受方向相反的洛倫茲力偏向兩邊，從而形成電場。

二、設計原理

（1）如圖所示，一圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體（Nacl溶液）流過導管.導電液體中的自由電荷（正負離子）在洛倫茲力的作用下橫向偏轉，從而在ab間形成電場和電勢差，當自由電荷所受的洛倫茲力與電場力平衡時，ab間電勢差最大并達到穩定。由Bqv=qE=qu/d得U=Bdv，從而在閉合回路中形成電流。

三、設計方案

實驗器材：有機玻璃水槽 數字電表 導線 釹鐵硼強磁 食鹽 純凈水

操作步驟：

（1）先用導線將水槽兩邊的接線柱與數字電表連接好，并將表選擇在DC200mA檔。

（2）將釹鐵硼強磁放在水槽下面，先用純凈水進行演示，看電流表有無讀數，并重復試驗。

（3）再用Nacl溶液進行實驗看電流表有無讀數，并重復試驗。

（4）得出結論并整理器材。實驗效果：

教室里面直接放在講臺上操作即可，全班同學都能很清楚的看到整個過程，效果很好。

實驗設計的優點和使用價值（1）實驗器材簡單，而且常見.（2）實驗操作簡單，無安全隱患;（3）由于數字電表靈敏而且精度高，從而實驗時間短、效果好、效率高;

（4）實驗過程可循環操作，便于反復觀察現象，成功率達100%;

（5）該實驗填補了教材缺陷——無實驗論證

（6）更加鞏固了帶電粒子在復合場中的運動，突破了本章的重點和難點

（7）方便教師自己制作，也方便電教站統一制作推廣，對開發學生智力而言，這個實驗可稱為小投資、大收獲;