课题研究 霍尔效应 教学案
文档属性
| 名称 | 课题研究 霍尔效应 教学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 56.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-09-19 19:43:55 | ||
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文档简介
实验
课题研究
霍尔效应
实验目的
了解美国物理学家E.H.霍尔.
了解霍尔效应的本质.
通过调查、查阅文本资料、网络搜索等途径了解和收集霍尔元件信息.
推到霍尔电压与磁感应强度及其他物理量的关系.
分析饿应用霍尔元件的实例
利用霍尔元件制作一个自动控制装置或测量某个物理量.
实验准备
一、知识准备及回顾
1.霍尔效应
如图所示，置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场方向会产生一个附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应.
2.推导霍尔电压
从以上推导中我们可以认识到影响输出霍尔电压大小的因素有磁场B,通过电流的大小I以及k的大小即的大小和导体宽度d.并且对于同一材料制成的霍尔元件，k的值相同。即k由其材料性质决定.
3.收集霍尔传感器分类信息
霍尔开关器件
霍尔线性器件
4.收集霍尔传感器的应用信息
位移的测量
力的测量
线速度的测量
角速度的测量
5.设计实验
测量并记录不同型号霍尔元件在不同磁场下的霍尔电压，验证理论分析结果.
二、实验器材
霍尔元件3144、霍尔元件44E、未知型号霍尔元件、一块磁性较弱的条形磁块、一块强磁性磁铁、数字式电表、直流电源、开关、若干导线.
进行实验
一、实验过程
1.连接好装置.
2.测得在不加磁场情况下的霍尔电压.
3.用条形磁铁的一极垂直于霍尔元件背面靠近，在某一固定位置测出霍尔电压，接着换成另一极，在同一位置测出霍尔电压，记录下相关数据.再换成强磁性磁铁进行上述操作.
4.将元件换成其它型号元件，重复上述操做，记录数据.
二、数据记录
表一
霍尔元件3144
磁场情况
实验次数
弱磁性条形磁铁
强磁性磁铁
不加磁场
N极靠近
S极靠近
N极靠近
S极靠近
1
2
3
表二
霍尔元件44E
磁场情况
实验次数
弱磁性条形磁铁
强磁性磁铁
不加磁场
N极靠近
S极靠近
N极靠近
S极靠近
1
2
3
表三
未知型号霍尔元件
磁场情况
实验次数
弱磁性条形磁铁
强磁性磁铁
不加磁场
N极靠近
S极靠近
N极靠近
S极靠近
1
2
3
三、实验结论
归纳总结
通过本课题的研究，学生们可以学到许多书本上学不到的方法.比如，在生活中,存在着许多的电学与磁学知识,学生可以通过自己掌握的知识运用到日常生活中,有利于通过生活中的实践,更好地理解物理知识．掌握如何查资料、如何设计实验方案、如何测量及讨论、以及如何写课题报告等.些方法为学生今后从事科学研究奠定了基础.
实验练习
2.流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图4所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、
高分别为图中的a、b、c。流量计的两端与输送流体的管道连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两侧面是绝缘材料。现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（
）
A.
B.
C.
D.
4.将导体放在沿x方向的匀强磁场中，并通有沿y方向的电流时，在导体的上下两侧面间会出现电势差，此现象称为霍尔效应.用霍尔效应的原理可以制造磁强计，测量磁场的磁感应强度.强计的原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面为边长等于a的正方形，放在沿x正方向的匀强磁场中，导体中通有沿y方向、电流强度为I的电流，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e，金属导体导电过程中，自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动，测出导体上下两侧面间的电势差为U.求：
（1）导体上、下侧面那个电势较高？
（2）磁场的磁感应强度是多少？
5.
6.
7.
图为流体发电机的示意图。设两金属板间的距离为d，两极板间匀强磁场的磁感应强度为B.离子体垂直进入磁场的速度为v,单个离子所带的电量为q。离子通道（即两极板内所围成空间）的等效电阻为r，负载电阻为R.求：
（1）该发电机的电动势；
（2）发电机的总功率.
答案
实验
课题研究
霍尔效应
1.A
2.A
3.（1）低于
（2）evB
（3）（或evB）
（4）电子收到横向静电力与洛伦兹力的作用，二力平衡，有=evB，通过导体的电流强度I=nevdh，由U=k，有hvB=k，得k=.
4.(1)上侧电势高（2）
5.(1)-2.23×10-5
V
(2)
6.(1)N型半导体（2）2.86×1020
个/m3
7.
（1）电动势E=Bdv
(2)总功率
8.
课题研究
霍尔效应
实验目的
了解美国物理学家E.H.霍尔.
了解霍尔效应的本质.
通过调查、查阅文本资料、网络搜索等途径了解和收集霍尔元件信息.
推到霍尔电压与磁感应强度及其他物理量的关系.
分析饿应用霍尔元件的实例
利用霍尔元件制作一个自动控制装置或测量某个物理量.
实验准备
一、知识准备及回顾
1.霍尔效应
如图所示，置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场方向会产生一个附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应.
2.推导霍尔电压
从以上推导中我们可以认识到影响输出霍尔电压大小的因素有磁场B,通过电流的大小I以及k的大小即的大小和导体宽度d.并且对于同一材料制成的霍尔元件，k的值相同。即k由其材料性质决定.
3.收集霍尔传感器分类信息
霍尔开关器件
霍尔线性器件
4.收集霍尔传感器的应用信息
位移的测量
力的测量
线速度的测量
角速度的测量
5.设计实验
测量并记录不同型号霍尔元件在不同磁场下的霍尔电压，验证理论分析结果.
二、实验器材
霍尔元件3144、霍尔元件44E、未知型号霍尔元件、一块磁性较弱的条形磁块、一块强磁性磁铁、数字式电表、直流电源、开关、若干导线.
进行实验
一、实验过程
1.连接好装置.
2.测得在不加磁场情况下的霍尔电压.
3.用条形磁铁的一极垂直于霍尔元件背面靠近，在某一固定位置测出霍尔电压，接着换成另一极，在同一位置测出霍尔电压，记录下相关数据.再换成强磁性磁铁进行上述操作.
4.将元件换成其它型号元件，重复上述操做，记录数据.
二、数据记录
表一
霍尔元件3144
磁场情况
实验次数
弱磁性条形磁铁
强磁性磁铁
不加磁场
N极靠近
S极靠近
N极靠近
S极靠近
1
2
3
表二
霍尔元件44E
磁场情况
实验次数
弱磁性条形磁铁
强磁性磁铁
不加磁场
N极靠近
S极靠近
N极靠近
S极靠近
1
2
3
表三
未知型号霍尔元件
磁场情况
实验次数
弱磁性条形磁铁
强磁性磁铁
不加磁场
N极靠近
S极靠近
N极靠近
S极靠近
1
2
3
三、实验结论
归纳总结
通过本课题的研究，学生们可以学到许多书本上学不到的方法.比如，在生活中,存在着许多的电学与磁学知识,学生可以通过自己掌握的知识运用到日常生活中,有利于通过生活中的实践,更好地理解物理知识．掌握如何查资料、如何设计实验方案、如何测量及讨论、以及如何写课题报告等.些方法为学生今后从事科学研究奠定了基础.
实验练习
2.流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图4所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、
高分别为图中的a、b、c。流量计的两端与输送流体的管道连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两侧面是绝缘材料。现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（
）
A.
B.
C.
D.
4.将导体放在沿x方向的匀强磁场中，并通有沿y方向的电流时，在导体的上下两侧面间会出现电势差，此现象称为霍尔效应.用霍尔效应的原理可以制造磁强计，测量磁场的磁感应强度.强计的原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面为边长等于a的正方形，放在沿x正方向的匀强磁场中，导体中通有沿y方向、电流强度为I的电流，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e，金属导体导电过程中，自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动，测出导体上下两侧面间的电势差为U.求：
（1）导体上、下侧面那个电势较高？
（2）磁场的磁感应强度是多少？
5.
6.
7.
图为流体发电机的示意图。设两金属板间的距离为d，两极板间匀强磁场的磁感应强度为B.离子体垂直进入磁场的速度为v,单个离子所带的电量为q。离子通道（即两极板内所围成空间）的等效电阻为r，负载电阻为R.求：
（1）该发电机的电动势；
（2）发电机的总功率.
答案
实验
课题研究
霍尔效应
1.A
2.A
3.（1）低于
（2）evB
（3）（或evB）
（4）电子收到横向静电力与洛伦兹力的作用，二力平衡，有=evB，通过导体的电流强度I=nevdh，由U=k，有hvB=k，得k=.
4.(1)上侧电势高（2）
5.(1)-2.23×10-5
V
(2)
6.(1)N型半导体（2）2.86×1020
个/m3
7.
（1）电动势E=Bdv
(2)总功率
8.