霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场

1、霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 实验实验 八八p41一、实验任务的定位一、实验任务的定位研究对象：研究对象：霍尔元件霍尔元件研究任务：研究任务：霍尔效应霍尔效应任务性质：任务性质：验证性验证性霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 、通电螺线管、通电螺线管 、磁场分布特征、磁场分布特征 一、实验任务的定位一、实验任务的定位研究内容：研究内容：霍尔效应及其霍尔传感器的特性和应用霍尔效应及其霍尔传感器的特性和应用通电螺线管线圈内的磁感应强度的分布通电螺线管线圈内的磁感应强度的分布霍尔效应霍尔效应磁传感器磁传感器测量手段测量手段 测

2、量通电螺线管磁场特性测量通电螺线管磁场特性霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 实验内容的关系：实验内容的关系：霍尔电压与工作电流、磁感应强度的关系霍尔电压与工作电流、磁感应强度的关系二、实验方案的策划二、实验方案的策划学科原理学科原理磁场对运动电荷有力的作用磁场对运动电荷有力的作用电场对运动电荷的作用电场对运动电荷的作用静电力与洛伦磁力的平衡静电力与洛伦磁力的平衡 霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 原理示意图原理示意图HHHUK I B其中：其中：半导体电流；半导体电流；BHUHI霍尔电压；霍尔电压；磁感应强度；磁感应强度；

3、与磁力相反与磁力相反半导体半导体电荷被分离电荷被分离UH实验原理实验原理二、实验方案的策划二、实验方案的策划基于学科原理的实验图式基于学科原理的实验图式霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 95A型霍尔传感器型霍尔传感器HUKB保持保持IH不变不变HBUI用有限长直通电螺旋管产生用有限长直通电螺旋管产生B研究对象：研究对象：工作特征：工作特征：实验条件：实验条件：用电压表测量用电压表测量UH二、实验方案的策划二、实验方案的策划让霍尔元件处于磁场中让霍尔元件处于磁场中使霍尔元件保持一定的工作电流使霍尔元件保持一定的工作电流 改变改变B(IB)的大小，用电压表测量霍

4、尔电压的大小，用电压表测量霍尔电压 霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 利用利用UH与与B(IB)的关系分析其现象特征的关系分析其现象特征实验方法实验方法霍尔电压与工作电流、磁感应强度的关系霍尔电压与工作电流、磁感应强度的关系实验原理实验原理二、实验方案的策划二、实验方案的策划霍尔效应法测量通电长直螺旋管的磁场霍尔效应法测量通电长直螺旋管的磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 0221HBUKNLILLDHUKB022BNLBILLD灵敏度：灵敏度：有限长直通电螺旋管：有限长直通电螺旋管：HUBK磁感应强度：磁感应强度：95

5、A型霍尔传感器：型霍尔传感器：霍尔电压与工作电流、磁感应强度的关系霍尔电压与工作电流、磁感应强度的关系实验方法实验方法二、实验方案的策划二、实验方案的策划使霍尔元件处于正常工作状态使霍尔元件处于正常工作状态将霍尔元件放置在长直通电螺线管中将霍尔元件放置在长直通电螺线管中(保持螺线管电流不变保持螺线管电流不变)改变霍尔元件在螺线管中的位置，用电压表测量霍尔电压改变霍尔元件在螺线管中的位置，用电压表测量霍尔电压 霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 霍尔效应法测量通电长直螺旋管的磁场霍尔效应法测量通电长直螺旋管的磁场利用霍尔电压与磁感应强度之间的关系测量利用霍尔电压

6、与磁感应强度之间的关系测量B的分布特征的分布特征 三、实验系统的构建三、实验系统的构建电路特征电路特征霍尔元件霍尔元件主要实验部件主要实验部件 基于问题元素：霍尔元件基于问题元素：霍尔元件工作电源工作电源霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 工作电源工作电源V+、V-、OUT 半导体元件半导体元件 其中其中2 2：OUT UH电压表电压表电压测量电压测量电压表电压表 其中其中1 1：V+、V- I IH H4.804.805.20V5.20V三、实验系统的构建三、实验系统的构建主要实验部件主要实验部件长直螺线管长直螺线管 磁源磁源线圈参数线圈参数激磁电源激磁电源

7、激磁电流激磁电流电源特性电源特性直流、可调直流、可调 基于问题元素：磁源基于问题元素：磁源霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 260.0Lmm3000N35.0Dmm激磁电源激磁电源三、实验系统的构建三、实验系统的构建工作附件工作附件 工作平台工作平台长直螺线管轴线长直螺线管轴线 主要实验部件主要实验部件 基于问题元素的关系：测量基于问题元素的关系：测量霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 三、实验系统的构建三、实验系统的构建实验部件的组合实验部件的组合实验平台的组合实验平台的组合元件定位元件定位使带有刻度的定位杆处于长直螺线管

8、中使带有刻度的定位杆处于长直螺线管中霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 霍尔电路霍尔电路 由霍尔工作电源供提标准工作由霍尔工作电源供提标准工作2.50V2.50V 利用数字式电压表测量霍尔电压利用数字式电压表测量霍尔电压霍尔磁场霍尔磁场将长直螺线管与激磁电源相连接将长直螺线管与激磁电源相连接 在长直螺线管中的在长直螺线管中的15.00cm15.00cm处处 使载有霍尔元件的定位杆处于长直螺线管中使载有霍尔元件的定位杆处于长直螺线管中四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划依据实验原理的依存条件依据实验原理的依存条件形成形成“使霍尔元件处于能满足实验原理所要求使霍尔

9、元件处于能满足实验原理所要求的条件的条件”的实验步骤的实验步骤霍尔元件的定位与调整霍尔元件的定位与调整霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 读数视窗读数视窗四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划按要求完成电路的连接与调整按要求完成电路的连接与调整依据实验原理的依存条件依据实验原理的依存条件形成形成“使霍尔元件处于能满足实验原理所要求使霍尔元件处于能满足实验原理所要求的工作条件的工作条件”的实验步骤的实验步骤霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 霍尔输出测量电路霍尔输出测量电路霍尔工作电流电路霍尔工作电流电路激磁电流工作电路激磁电流工

10、作电路霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 mAVmV螺线管螺线管 激磁电源激磁电源 电压表电压表 工作电源工作电源 V+V-OUT 读数视窗读数视窗 霍尔元件霍尔元件双刀开关双刀开关 四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划HHHUK I B形成形成“使霍尔元件处于能满足实验原理所要求使霍尔元件处于能满足实验原理所要求的条件的条件”的实验步骤的实验步骤2.50HUV通过调节霍尔工作电源，使之通过调节霍尔工作电源，使之 无磁场状态下，使霍尔元件处于标准工作条件；无磁场状态下，使霍尔元件处于标准工作条件；V- V+四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划依据实验原理的依存

11、条件依据实验原理的依存条件霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 霍尔工作电流的调整霍尔工作电流的调整HUKB四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划依据实验参量的因果关系依据实验参量的因果关系形成形成“具有具有控制变量法控制变量法特征的采集实验数特征的采集实验数据据”的实验步骤；的实验步骤； 霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 霍尔效应及其特性研究霍尔效应及其特性研究按表一要求依次改变螺线管电流：每次改变量按表一要求依次改变螺线管电流：每次改变量mA50测出对应的测出对应的 值值HU四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划依据实验参量的

12、因果关系依据实验参量的因果关系形成形成“具有具有控制变量法控制变量法特征的采集实验数特征的采集实验数据据”的实验步骤；的实验步骤； 霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 通电螺旋管的磁感应强度的分布通电螺旋管的磁感应强度的分布保持激磁电流为保持激磁电流为 不变不变250mA按照表二要求改变传感器的位置测出对应的按照表二要求改变传感器的位置测出对应的 值值HU五、实验操作五、实验操作霍尔效应的特性研究霍尔效应的特性研究六、数据处理六、数据处理依据实验数据运用公式计算霍尔元件的灵敏度依据实验数据运用公式计算霍尔元件的灵敏度 霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管磁场 作作BHIU 图，分析现象特征及计算斜率图，分析现象特征及计算斜率 0221HMUKNLILLD解读表解读表1实验数据所能揭示的学科现象实验数据所能揭示的学