大学物理创新设计实验报告doc.docx
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大学物理创新设计实验报告doc
大学物理创新设计实验报告
篇一：
物理创新设计实验报告大学物理
浙江海
物理创新设计实验报告
实验名称：
利用霍尔效应法测量空间的磁场散布
指导教师：
鲁晓东
专业：
数学与数学应用
班级：
B10数学
实验者：
于祥雨吴联帅
学号：
100601108100601118
实验日期：
XX年12月01日
洋学院
利用霍尔效应法测量空间的磁场散布
实验者：
于祥雨同组实验者：
吴联帅指导教师：
鲁晓东
（B10数学100601108654495;B10数学100601118670903）
【摘要】通过霍尔效应法测量霍尔电流和励磁电流的方式，并利用“对称测量法”排除副效应的阻碍，最终通过量组数据的处置，得出空间磁场散布。
【关键词】霍尔效应；霍尔电流；对称测量法；磁场散布
一、引言
空间磁场实际存在，可是人眼看不到，因此用直接的方式测量是行不通的。
本实验正是考虑了这点，通过测量霍尔电流和励磁电流的方式，通过霍尔电流、励磁电流和磁场强度的关系，间接的测出磁场强度。
并结合多组数据的处置，最大程度减小误差，使实验加倍科学、严谨，从而使得实验方式具有可实施性和借鉴性。
二、设计原理
2．1简介
置于磁场中的载流体，若是电流方向与磁场垂直，那么在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这一现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发觉的，后被称为霍尔效应。
现在霍尔效应不可是测定半导体材料电学参数的要紧手腕，而且利用该效应制成的霍尔器件已普遍用于非电量的电测量、自动操纵和信息处置等方面。
在工业生产要求自动自动检测和操纵的今天，作为灵敏元件之一的霍尔器件，将有更普遍的应用前景。
把握这一富有有效性的实验，对往后的工作将有利处。
2.2霍尔效应
霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会显现电势差，那个电势差就被叫做霍尔电势差。
导体中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料双侧产生电荷积存，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平稳，从而在双侧成立起一个稳固的电势差即霍尔电压。
正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比确实是霍尔系数。
平行电场和电流强度之比确实是电阻率。
因此，关于一个已知霍尔系数的导体，通过一个已知方向、大小的电流，同时测出该导体双侧的霍尔电势差的方向与大小，就能够够得出该导体所处磁场的方向和大小。
2.3实验原理
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引发的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就致使在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场EH。
如图2-1所示的半导体式样，假设在X方向通以电流IH，在Z方向加磁场B，那么在Y方向即试样2-4电极双侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
对图2-1所示的N型试样，霍尔电场为?
Y方向。
显然，霍尔电场EH是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力eEH与洛伦兹力相等，样品双侧电荷的积存就达到动态平稳，故：
（2.3.1）eEH?
其中EH为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
图2-1霍尔片示用意
霍尔效应是运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力发生偏转而产生的，利用霍尔效应原理。
作出来的电子元件统称为霍尔元件，本实验所用的的霍尔元件是一个长方形的均匀半导体薄片，称为霍尔片。
如下图，其宽为b，厚度为d。
若是把元件置于垂直于元件平面的磁场B中，当通入电流I（与B方向垂直）时，载流子（N型半导体为带负电荷的电子，P型半导体为
?
带正电荷的空穴）在磁场中受洛伦兹力Fm的作用而偏转，从而在侧面形成电势差UB（霍
尔电压）。
设载流子平均速度为vd每一个载流子的电荷量为e，当载流子所受洛伦兹力与霍尔元件表面电荷产生的电场力相等时。
那么VH达到稳固：
VH?
evdB（2.3.2）b
假设自由电子的浓度为n，那么霍尔片的工作电流I可表示为
dQ?
envdS?
envdbd（2.3.3）I?
dte
因此：
VH?
EHb?
即：
B?
IHBIB?
SHH（2.3.4）neddVHdd（2.3.5）?
kIHSHSH
1为霍尔系数；只要证明ne其中VH为霍尔电压，B为外磁场，d为霍尔片厚度；SH?
霍尔电压与磁场强度成正比，即能够通过测得电压的散布来分析磁场散布。
设定电流IH和磁场B的正方向，别离测量由IH和B组成的四个不同方向的组合（即“+IH，+B”、“+IH，-B”、“-IH，+B”、“-IH，-B”），为了提高实验精度，实验时应注意副效应的阻碍，依照副效应的特点作电流和电压的换向处置，并对测得的四组数据（“+B-I”）（“-B-I”）V一、
（“+B+I”）V3、（“-B+I”）V4的作代数平均值，可得：
V二、
VH?
VE?
V1?
V2?
V3?
V4（2.3.6）4
由于VE符号与IH、B二者方向关系和VH是相同的，故无法排除，可是电流IH和电场B较小时，VH?
VE，因此VE可略去不计，因此霍尔电压为：
VH?
V1?
V2?
V3?
V4（2.3.7）4
2.4实验仪器
KL—10霍尔效应实验组合仪
测试仪包括两路直流稳固电源。
±1000mA供给电磁铁的励磁电流和±10.0mA供给霍尔元件的工作电流。
全套HL—10
型霍尔效应实验组合仪由：
实验装置部份和测试部份组成。
图2-2霍尔效应实验组合仪
1
图2-3霍尔效应实验组合仪2
三、方案设计
一、将霍尔效应组合实验仪上的励磁电流调剂螺钮和工作电流调剂螺钮旋到底。
二、将励磁电流输出端接入双掷开关K1下边的两接线柱上。
将霍尔电压输入与K3的下边的两接线柱相连，将工作电流输出与K2左侧的两接线柱相连。
3、将K3置于空挡，合上K一、K2，将工作电流调至10mA，测定VH的值，（假设为VH负值，改变K3使VH为正值），现在的霍尔电压为剩磁所对应的霍尔电压VH。
4、开机前，测试仪电源的“IH电
流调剂”和“IM电流调剂”旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。
五、按图13-6连接测试仪与实验仪之间的各组导线，将三个换向开关掷向任一侧（例如都掷向上方），并把这一方向定为IH、VH和IM的正向。
注意：
1）样品各电极引线与对应的双刀开关之间的连线已由厂家连接好，请勿再动！
2）
严禁将测电仪电源的“IM励磁电流”输出误接到实验仪的“霍尔电流”输入或“霍尔电压”输出处，不然，一旦通电，霍尔样品即遭损坏!
3）霍尔片性脆易碎，电极审细易断，严防撞击或用手去摸，不然即遭损坏!
4）霍尔片放置在电磁铁间隙中间，在需要调剂霍尔片位置时，必需谨慎，切勿随意改变y轴方向的高度，以避免霍尔片与磁极面摩擦而受损！
六、接通电源，预热数分钟。
置“测量选择”于IH档（放键），电流表所示的值即随“IH电流调剂”旋钮顺时针转动而增大，其转变范围为0～10mA。
现在电压表所示读数为“不等势”电压VO值，它随IH增大而增大，IH换向，VO极性改号，说明IH输出和输入工作正常。
7、置“测量电流选择”于IM档（按键），电流表所示的值即随“IM电流调剂”旋钮顺时针转动而增大，其转变范围为0～1A。
现在电压表随IM增大而增大，IM换向，VH极性改号，说明IM输出和输入工作正常。
八、最后将实验仪的各换向开关恢复到原先一侧；测定仪电源的“IH电流调剂”和“IM电流调剂”旋钮均恢复到零位。
九、测单边X方向磁场散布
将霍尔片置于电磁铁Y（上下）方向中心，IH和IM都固定不变，测量X方向磁场散布VH?
X曲线。
由于磁场散布的对称性，测量不小于二分之一范围即可。
篇二：
大学物理创新实验报告
大学物理实验报告总结
一：
物理实验关于物理的意义
物理学是研究物质的大体结构，大体的运动形式，彼此作用及其转化规律的一门科学。
它的大体理论渗透在大体自然科学的各个领域，应用于生产部门的诸多领域，是自然科学与工程科学的基础。
物理学在本质上是一门实验学科，物理规律的发觉和物理理论的成立都必需以物理实验为基础，物理学中的每一项冲破都与实验紧密相关。
物理概念的确立，物理规律的发觉，物理理论的确立都有赖于物理实验。
二：
物理实验关于学生的意义
大学物理实验已经进行了两个学期，在这两个学期，通过二十几个物理实验，咱们对物理学的明白得和熟悉又更上了一步台阶。
通过对物理实验的熟悉，能够帮忙咱们把握大体的物理实验思路和实验器材的操作，进一步稳固了对相关的定理的明白得，锻炼理性思维的能力。
在提高咱们学习物理物理爱好的同时，培育咱们的科学思维和创新意识，把握实验研究的大体方式，提高大体科学实验能力。
它也是咱们进入大学接触的第一门实践性教学环节，是咱们进行系统的科学实验方式和技术训练的重要必修课。
它还能培育咱们“实事求是的科学态度、良好的实验适应、严谨踏实的工作作风、主动研究的创新与探讨精神、爱惜公物的优良道德”。
三：
我眼中的物理实验的缺点
1：
实验目的与性质的单一性
21世纪的学科体系中，多种学科是彼此结合，彼此阻碍的，没有一门学科能独立于其他学科而单独生存，可是在咱们的实验进程中，全都是关于物理，这一单科的实验内容，很少牵涉到其他。
有些实验完满是为了实验而实验，全然不追求与其他学科的联系与结合。
2：
实验的不及时性及实验信息的不对称性
物理是一门以实验为基础的大体学科，在咱们所学的物理内容中，更多的是关于公式定理的，这些需要及时的明白得和经历，最简单的方式是通过实验来进行。
可是咱们所做的实验，都是学过好久以后，乃至是已经学完物理学科后进行的，这就造成咱们对物理知识明白得的不及时性，不能达到既定的成效。
而且，咱们重复科学实验巨人的实验专门大程度上是得知结论后凭借少量的实验数据轻易患出相似的结论，与前人广袤的数据量不可同日而语，这就造成实验信息的不对称性，
无益于从本质上提高咱们的实验能力。
3：
实验课教师的常常变换性及与物理任课教师的不统一性
依照咱们的选课状况，咱们不可能一直选到同一个教师的课程，这就致使讲课学习状况的不持续性，无益于学生系统连贯地把握实验。
而且在咱们的日常教学中，物理任课教师和实验任课教师采取的是两套不同的班子，如此各自在其所负责的领域，都有着丰硕的体会和超卓的能力，这是无可厚非的，丰硕的体会和超卓的能力都能更有助于在教学进程中帮忙学生吸收明白得所学的知识。
可是两套班子就有两套教学方式，二者之间可能很少交流沟通，就致使在教学进程中，可能显现内容的重复，浪费了教学时刻，也会显现强调的内容不一样
4：
实验进程的不自主性
大学实验在于开发学生的自主创新能力，让咱们学会用实验的思维解决学习进程中所碰到的难点、重点。
可是在咱们的一系列实验中，老是教师对实验进程进行详细的说明、演示，实验进程中的所有疑难点、操作重点都已明确指出，咱们所做的确实是完成教师的演示，这使得实验进程变得枯燥，不具有自主学习性。
5：
其他
除掉以上一些，其他还有诸如实验室器材老化或严峻不足，实验室不完全向学生开放，只能在实验时进入，这就限制了一些专业的学生若是在碰到问题后，想到实验室实验求证的可能性?
?
可是这些都不是首要需求，关于咱们热能与动力工程专业来讲，所要求做的实验已经能知足咱们对物理学科的熟悉。
四：
我针对缺点提出的解决方法
1：
关于初始时期的单一性，咱们能够明白得为对基础的把握和巩固，可是随着知识学习的深切，我以为后期应该多加入与其他学科综合的实验。
并依照具体所学的专业，加入不同的内容，不能概而统之。
如咱们是学习热能的，主若是传热方面的知识，那么，能够将物理中的热学实验重点研究，有利于咱们以后往专业方向的进展。
2：
因此在设置物理实验时刻的时候，应该设置在就在相关知识学习前后。
设置在前，在教师的引导下咱们也能完成相关实验，可是对其所包括的知识的明白得还不到位，那么，在接来来对该内容的物理课讲解中，咱们就能够结合相关的实验更形象的明白得；设置在紧随着学习知识以后，能够使咱们对所学到的知识结合实验内容快速的明白得经历。
另外，教师能够安排简单的自主实验，让咱们依如实验数据自主得出实验结论。
3：
我感觉在实验课程中能够采取导师制，一名导师只负责固定的一批学生。
在与课程相关的物理实验中，结合及时性外，咱们能够采纳相同的教师任教，如此有助于对实验内容和课程内容的有机结合。
并在课余时刻开展物理实验的选修课，让咱们完成安排之外的实验，现在结合实验任课教师丰硕的体会，我感觉咱们就能够更好的把握到物理学知识。
4：
强调实验的自主性，第一教师们能够用几节课的时刻对实验室的器材的操作重点进行详解，使咱们学会如何操作，在以后的实验中，能够进行简单的讲解，如有专门需要注意的地址，或操作危险的地址进行提示，其他的由学生自主完成，教师进行答疑解惑。
如此会使咱们在试探的进程中熟悉实验，能让咱们在实验中自己养成详细计划，谨慎操作的好适应。
三：
个人小结
详细回忆我所做的实验，从一个参与的大学生角度，我感觉需要改善的确实是以上这些。
如此就真正以学生为主体，激发了学生的学习踊跃性和主动性，培育了学生对物理实验的爱好，更好地锻炼了学生应用理论知识、把握实验原理、正确选择与操作仪器、确信测量条件等方面的能力。
同时，大学物理教学改革还能进一步给学生一个加倍广漠的试探空间和选择余地，激发他们的想象力，增强其创新意识，培育其坚忍不拔的思想品质、实事求是的科学态度、彼此帮忙的协作精神，使其以后更好地效劳于社会。
咱们已经没有了再做物理实验的机遇，自己总结提出以上观点，只是希望能给以后做实验的学弟学妹们一个更好的实验气氛。
大学的各类实验，在注重巩固基础知识的同时，另一重要的目的确实是培育创新思维和操作能力，这些“新能力”也是21的核心竞争力，以完成实验指导书前言所说“增强基础、重视应用、开拓思维、培育能力、提高素养”的要求。
篇三：
大学物理设计性实验报告
大学物理设计性实验报告
课题________________
学院________________
班级________________
姓名________________
学号________________
【实验目的】
1.把握多种测定重力加速度的方式。
2.正确进行数据处置和误差分析。
【实验器材】
秒表、倾角固定的斜面（倾角未知）、木块、米尺
【实验原理】
借用一道测定木块与斜面之间动摩擦因数进行知识的迁移与转换，运用牛顿第二定律及运动学公式可测定出重力加速度。
在B点给木块一初速度让其沿
斜面匀减速上滑，记下抵达最高点的时刻t1，并测出BD长度s。
将木块由D点静止释放让其沿斜面匀加速下滑，记下
抵达B点的时刻t2。
由牛顿第二定律易知上滑、下滑的加速度别离为
1a2t222
hsl11
解得g?
（2?
2），sin?
?
lht1t2s?
a1?
gsin?
?
mgcos?
、a2?
gsin?
?
mgcos?
。
由运动学公式，有s?
12a1t1，2
运用水滴法测重力加速度测出水滴距离时刻和掉落高度，运用牛顿第二定律和运动学公式可测出重力加速度。
【实验内容】
1.测出斜面的高H、斜面的长L
2.给木块一初速度，记录抵达最高点的时刻
3.将木块静止释放，使其下滑，记录下滑到点B的时刻4.多次重复步骤二、3，记录多组数据。
5.在自来水龙头下面固定一个盘子，使水一滴一滴持续地滴到盘子里，认真调剂水龙头，使得耳朵恰好听到前一个水滴滴到盘子里声音的同时，下一个水滴恰好开始下落。
6.量出水龙头口离盘子的高度h，再用停表计时。
7.当听到某一水滴滴在盘子里的声音的同时，开启停表开始计
时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“二、3?
?
”一直数到“n”，按下停表按钮停止计时，读出停表的示数t。
8.记录并分析数据。
9.比较实验记录分析不同方式得出的重力加速度，把握相关的测量特点
表一：
H=__________L=__________g=__________g=___________
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