论文部分内容阅读
【摘要】以经典的霍尔效应实验为例，对数据深入分析，并增设应用拓展模块，引导学生进行普通验证性实验时，将其转化成综合性设计性实验，培养学生的分析能力和创新素质。
【关键词】霍尔效应 设计性 实验教学
【基金项目】黑龙江大学学位与研究生教育教学改革研究（凝聚态物理专业学生创新能力的团队培养模式研究）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）13-0192-01
霍尔效应是研究半导体性质的重要手段，实验时要求学生求出霍尔系数并其计算电导率，迁移率等。本文分析了误差影响并设计了霍尔效应在生活中的应用，学生可依据本文思想，学会深入分析实验数据的方法，研究创新实验。
1.对霍尔效应的分析
1.1 霍尔效应原理
霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转所产生的现象。带电粒子（电子或空穴）偏转会引起在垂直电流和磁场的方向上正负电荷的聚积，从而形成附加的横向磁场[1]。霍尔电压为UH=RH■主要存在四种误差电压：不等电势效应产生电势差U0，能斯特效应产生电势差UN，厄廷豪森效应产生电势差UE，里纪-勒杜克效应产生电势差UR[2]。直接测出的电压是霍耳效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。
1.2实验数据
采用FB510型霍尔效应组合实验仪。半导体霍尔片的几何尺寸：厚度d=0.5mm，宽度b=4.0mm，长度l=3.0mm。数据如表1：
获得几点发现：
1）由式（5）仅改变IS 方向时影响有UE，U0
2）由式（6）仅改变磁场方向时影响有UE，UN，URL
3）由式（7）采用对称测量法影响有UE。
4）由式（7）与式（8）发现两者理论值结果一样，RH，RH1分别为式（7）和式（8）求出的霍尔系数，由表1可计算：RH=-9.6171？鄢10-3m3/C， RH1=-9.6175？鄢10-3m3/C两者数值相差甚微，由于对称测量法多次测量更精确，故教学中采用的是对称测量法。
5）理论上式（9）的結果应该为零或呈现统计分布。但表1数据不满足该特征，说明存在第五种附加电压US。
以上分析旨在示范学生在研究一个实验时学会多思考，变换不同思路分析各种方法产生的误差。在对U1、U2、U3、U4进行几种不同的数学计算，获得了不同的发现，示范学生在进数据处理时可通过更多的尝试另辟蹊径。
2.生活应用
如图1，霍尔开关控制单向晶闸管，VCC霍尔电源，V晶闸管电源，接通电路并有磁场靠近，霍尔开关感应到磁感应强度，它的2脚输出低点压，晶闸管因无触发信号而截止，负载停止工作，当霍尔开关未感应到磁感应强度时，2脚输出高电压，触发晶闸管导通，负载工作。实际教学时，可用灯泡代替负载，负载工作时灯泡亮;负载停止工作时灯泡灭。学生可以依据本文原理自行进行创新实验，锻炼自己的实验设计能力。
引入该应用旨在强调学生注重每个实验的实际应用，同时希望学生进行思考创新，学会将理论应用于实践，把知识能力转化为创造能力服务大众。
结语
本文由探索霍尔效应出发，引导学生对实验进行综合性分析，关注其本质及应用，提高学生的创新能力。
参考文献：
[1]刘恩科，朱秉生，罗晋升. 半导体物理学[M]. 北京： 电子工业出版社， 1958. 394-396
[2]何志强.关于霍尔效应的误差分析[J].物理通报，2014（9）： 83-85
作者简介：
侯美娜（1999-），女，在校生，中俄学院应用物理学。
安利民（1979-），男，教授，物理基础实验中心副主任（省级实验教学示范中心），主要从事大学物理教法和量子点光电特性的研究。
【关键词】霍尔效应 设计性 实验教学
【基金项目】黑龙江大学学位与研究生教育教学改革研究（凝聚态物理专业学生创新能力的团队培养模式研究）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）13-0192-01
霍尔效应是研究半导体性质的重要手段，实验时要求学生求出霍尔系数并其计算电导率，迁移率等。本文分析了误差影响并设计了霍尔效应在生活中的应用，学生可依据本文思想，学会深入分析实验数据的方法，研究创新实验。
1.对霍尔效应的分析
1.1 霍尔效应原理
霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转所产生的现象。带电粒子（电子或空穴）偏转会引起在垂直电流和磁场的方向上正负电荷的聚积，从而形成附加的横向磁场[1]。霍尔电压为UH=RH■主要存在四种误差电压：不等电势效应产生电势差U0，能斯特效应产生电势差UN，厄廷豪森效应产生电势差UE，里纪-勒杜克效应产生电势差UR[2]。直接测出的电压是霍耳效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。
1.2实验数据
采用FB510型霍尔效应组合实验仪。半导体霍尔片的几何尺寸：厚度d=0.5mm，宽度b=4.0mm，长度l=3.0mm。数据如表1：
获得几点发现：
1）由式（5）仅改变IS 方向时影响有UE，U0
2）由式（6）仅改变磁场方向时影响有UE，UN，URL
3）由式（7）采用对称测量法影响有UE。
4）由式（7）与式（8）发现两者理论值结果一样，RH，RH1分别为式（7）和式（8）求出的霍尔系数，由表1可计算：RH=-9.6171？鄢10-3m3/C， RH1=-9.6175？鄢10-3m3/C两者数值相差甚微，由于对称测量法多次测量更精确，故教学中采用的是对称测量法。
5）理论上式（9）的結果应该为零或呈现统计分布。但表1数据不满足该特征，说明存在第五种附加电压US。
以上分析旨在示范学生在研究一个实验时学会多思考，变换不同思路分析各种方法产生的误差。在对U1、U2、U3、U4进行几种不同的数学计算，获得了不同的发现，示范学生在进数据处理时可通过更多的尝试另辟蹊径。
2.生活应用
如图1，霍尔开关控制单向晶闸管，VCC霍尔电源，V晶闸管电源，接通电路并有磁场靠近，霍尔开关感应到磁感应强度，它的2脚输出低点压，晶闸管因无触发信号而截止，负载停止工作，当霍尔开关未感应到磁感应强度时，2脚输出高电压，触发晶闸管导通，负载工作。实际教学时，可用灯泡代替负载，负载工作时灯泡亮;负载停止工作时灯泡灭。学生可以依据本文原理自行进行创新实验，锻炼自己的实验设计能力。
引入该应用旨在强调学生注重每个实验的实际应用，同时希望学生进行思考创新，学会将理论应用于实践，把知识能力转化为创造能力服务大众。
结语
本文由探索霍尔效应出发，引导学生对实验进行综合性分析，关注其本质及应用，提高学生的创新能力。
参考文献：
[1]刘恩科，朱秉生，罗晋升. 半导体物理学[M]. 北京： 电子工业出版社， 1958. 394-396
[2]何志强.关于霍尔效应的误差分析[J].物理通报，2014（9）： 83-85
作者简介：
侯美娜（1999-），女，在校生，中俄学院应用物理学。
安利民（1979-），男，教授，物理基础实验中心副主任（省级实验教学示范中心），主要从事大学物理教法和量子点光电特性的研究。