安利民 侯美娜

【摘要】以經(jīng)典的霍爾效應實驗為例，對數(shù)據(jù)深入分析，并增設應用拓展模塊，引導學生進行普通驗證性實驗時，將其轉化成綜合性設計性實驗，培養(yǎng)學生的分析能力和創(chuàng)新素質。

【關鍵詞】霍爾效應? 設計性? 實驗教學

【基金項目】黑龍江大學學位與研究生教育教學改革研究（凝聚態(tài)物理專業(yè)學生創(chuàng)新能力的團隊培養(yǎng)模式研究）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）13-0192-01

霍爾效應是研究半導體性質的重要手段，實驗時要求學生求出霍爾系數(shù)并其計算電導率，遷移率等。本文分析了誤差影響并設計了霍爾效應在生活中的應用，學生可依據(jù)本文思想，學會深入分析實驗數(shù)據(jù)的方法，研究創(chuàng)新實驗。

1.對霍爾效應的分析

1.1 霍爾效應原理

霍爾效應是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用引起的偏轉所產(chǎn)生的現(xiàn)象。帶電粒子（電子或空穴）偏轉會引起在垂直電流和磁場的方向上正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向磁場[1]?；魻栯妷簽閁H=RH■主要存在四種誤差電壓：不等電勢效應產(chǎn)生電勢差U0，能斯特效應產(chǎn)生電勢差UN，厄廷豪森效應產(chǎn)生電勢差UE，里紀-勒杜克效應產(chǎn)生電勢差UR[2]。直接測出的電壓是霍耳效應電壓與副效應產(chǎn)生的附加電壓的代數(shù)和。

1.2實驗數(shù)據(jù)

采用FB510型霍爾效應組合實驗儀。半導體霍爾片的幾何尺寸：厚度d=0.5mm，寬度b=4.0mm，長度l=3.0mm。數(shù)據(jù)如表1：

獲得幾點發(fā)現(xiàn)：

1）由式（5）僅改變IS 方向時影響有UE，U0

2）由式（6）僅改變磁場方向時影響有UE，UN，URL

3）由式（7）采用對稱測量法影響有UE。

4）由式（7）與式（8）發(fā)現(xiàn)兩者理論值結果一樣，RH，RH1分別為式（7）和式（8）求出的霍爾系數(shù)，由表1可計算：RH=-9.6171？鄢10-3m3/C， RH1=-9.6175？鄢10-3m3/C兩者數(shù)值相差甚微，由于對稱測量法多次測量更精確，故教學中采用的是對稱測量法。

5）理論上式（9）的結果應該為零或呈現(xiàn)統(tǒng)計分布。但表1數(shù)據(jù)不滿足該特征，說明存在第五種附加電壓US。

以上分析旨在示范學生在研究一個實驗時學會多思考，變換不同思路分析各種方法產(chǎn)生的誤差。在對U1、U2、U3、U4進行幾種不同的數(shù)學計算，獲得了不同的發(fā)現(xiàn)，示范學生在進數(shù)據(jù)處理時可通過更多的嘗試另辟蹊徑。

2.生活應用

如圖1，霍爾開關控制單向晶閘管，VCC霍爾電源，V晶閘管電源，接通電路并有磁場靠近，霍爾開關感應到磁感應強度，它的2腳輸出低點壓，晶閘管因無觸發(fā)信號而截止，負載停止工作，當霍爾開關未感應到磁感應強度時，2腳輸出高電壓，觸發(fā)晶閘管導通，負載工作。實際教學時，可用燈泡代替負載，負載工作時燈泡亮;負載停止工作時燈泡滅。學生可以依據(jù)本文原理自行進行創(chuàng)新實驗，鍛煉自己的實驗設計能力。

引入該應用旨在強調學生注重每個實驗的實際應用，同時希望學生進行思考創(chuàng)新，學會將理論應用于實踐，把知識能力轉化為創(chuàng)造能力服務大眾。

結語

本文由探索霍爾效應出發(fā)，引導學生對實驗進行綜合性分析，關注其本質及應用，提高學生的創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]劉恩科，朱秉生，羅晉升. 半導體物理學[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 1958. 394-396

[2]何志強.關于霍爾效應的誤差分析[J].物理通報，2014（9）： 83-85

作者簡介：

侯美娜（1999-），女，在校生，中俄學院應用物理學。

安利民（1979-），男，教授，物理基礎實驗中心副主任（省級實驗教學示范中心），主要從事大學物理教法和量子點光電特性的研究。