霍爾效應實驗思想總結(熱門十三篇)
2026-02-02 霍爾效應實驗思想總結
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
1980年,德國科學家馮?克利青發現整數量子霍爾效應,1982年,美國科學家崔琦和施特默發現分數量子霍爾效應,這兩項成果均獲得諾貝爾物理學獎。
量子霍爾效應是整個凝聚態物理領域中最重要、最基本的量子效應之一。它的應用前景非常廣泛。我們使用計算機的時候,會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態下的芯片中,電子運動沒有特定的軌道,會相互碰撞從而發生能量損耗。而量子霍爾效應則可以為電子的運動制定一定的規則,讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進。好比一輛高級跑車,常態下是在擁擠的農貿市場上前進,而在量子霍爾效應下,則可以在高速路上前進。
然而,量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場。為了一臺計算機的量子霍爾效應,相當于需外加10個計算機大的磁鐵,不但體積龐大,而且價格昂貴,不適合個人電腦和便攜式計算機。
1988年,美國物理學家霍爾丹提出可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應,即“量子反常霍爾效應”。它與已知的量子霍爾效應具有完全不同的物理本質,是一種全新的量子效應;但它的實現也更加困難,需要精準的材料設計、制備與調控。多年來,人們一直未能找到能實現這一特殊量子效應的材料體系和具體物理途徑。自1988年開始,就不斷有理論物理學家提出各種方案,然而在實驗上沒有取得任何進展。
,美國斯坦福大學張首晟教授領導的理論組成功地預言了二維拓撲絕緣體中的量子自旋霍爾效應,并于指出了在磁性摻雜的拓撲絕緣體中實現量子反常霍爾效應的新方向。,我國理論物理學家方忠、戴希等與張首晟教授合作,提出磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子化反常霍爾效應的最佳體系。這個方案引起了國際學術界的廣泛關注。德國、美國、日本等國有多個世界一流的研究團隊沿著這個思路在實驗上尋找量子反常霍爾效應,但一直沒有取得突破。
由清華大學薛其坤院士領銜,清華大學、中科院物理所和斯坦福大學研究人員聯合組成的團隊,經過近4年的研究,生長測量了1000多個樣品。最終,他們利用分子束外延方法,生長出了高質量的Cr摻雜(Bi,Sb) 2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜,并在極低溫輸運測量裝置上成功觀測到了量子反常霍爾效應。這項研究成果將推動新一代低能耗晶體管和電子學器件的發展,可能加速推進信息技術革命進程。
3月14日,該成果發表于美國《科學》雜志。《科學》雜志的評審作出評價:“這篇文章結束了對量子反常霍爾效應多年的探尋,這是一項里程碑式的工作。”諾貝爾物理獎得主、清華大學高等研究院名譽院長楊振寧教授說,這是“諾貝爾獎級的發現”。
5.關于“量子霍爾效應”與“量子反常霍爾效應”的區別,以下表述小正確的一項是:
A.前者是整個凝聚態物理領域中最重要、最基本的量子效應之一;后者具有與前者完全不同的物理本質,是一種全新的量子效應。
B.前者應用前景廣泛;后者則屬于特殊情況下的量子效應,應用前景限于低能耗晶體管和電子學器件方面。
C.前者的產牛需要非常強的磁場,應用時難免器件體積過大、成本過高;后者的產生不需要外磁場,應用時,能使得器件的體積小不至于過大。
D.前者于1980年被發現,后者于20被證實;后者的實現比前者的實現更難能可貴,需要精準的材料設計、制備與調控。
A.量子霍爾效應可以使電子的運動由無序變成有序,使得電子在各自特定的軌道上運動,在很大程度上.避免電子相互碰撞,避免其能量的無謂損耗。
B.要在試驗層面證實量子反常霍爾效應,對科學家而育足十分嚴峻的挑戰,既需要有很特殊的材料體系,也需要有很特殊的物理途徑。
C.薛其坤領銜的團隊利用分子束外延方法,生長出了高質量的Cr摻雜(Bi,Sb) 2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜,在這一材料中,就存在著量子反常霍爾效應。
D.曾有科學家提出,磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子反常霍爾效應的最佳體系,但經德、美、日等多國科學家的實踐證明,這條思路行不通。
7.根據原文內容,下列推斷正確的一項是:
A.常態下的芯片中,電子運動沒有特定軌道,會相互碰撞,因而計算機會出現發熱、能量損耗、速度變慢等問題。量子霍爾效應的具體應用,才能解決這些問題。 ? ? ? ? ? ? ? ? (不是唯一條件)
B.由于量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場,所以到目前為止,它并未獲得實際應用;也正是因為這個原因,對量子反常霍爾效應的'研究才顯得十分必要。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? (因果推斷不成立)
C.薛其坤領銜的研究團隊之所以能率先證實量子反常霍爾效應,是因為他們不僅吸納了其他科學家的研究成果,掌握了正確的研究途徑,而且在方法上有自己的創新。
D.鑒于發現整數量子霍爾效應的德國科學家和發現分數量了霍爾效應的芙國科學家均獲得諾貝爾物理學獎,我們可以斷言薛其坤院士領銜的團隊將獲得諾貝爾物理學獎。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(絕對化)
試題答案:
5.答案:5.B(從原文所闡述的科學原理看,“量子反常霍爾效應”與“量子霍爾效應” 的應用前景沒有什么區別,都能促進低能耗晶體管和電子學器件的發展,都能解決計算機能量損耗、發熱、速度變慢等問題。)
6.答案:6.D(“這條思路行不通”誤解文意。據原文意,方忠、戴希、張首晟等人提出的“磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子化反常霍爾效應的最佳體系”的設想,是后來薛其坤團隊證實“量子反常霍爾效應”的指路明燈。雖先前德、美、日等國科學家在此思路上未取得突破,但不能據此認為“這條思路行不通”。)
答案:7.C(A“量子霍爾效應的具體應用,才能解決(計算機發熱、能量損耗、速度變慢等)這些問題”太絕對,據原文意,“量子反常霍爾效應”的具體應用,也能解決這些問題。B 前句“由于量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場,所以……它并未獲得實際應用”強加因果,也于文無據;后句說,因為量子霍爾效應未能獲得實際應用,所以有必要研究量子反常霍爾效應,這也是強加因果,不合原文意思。從原文看,研究量子反常霍爾效應之所以必要,是因為量子霍爾效應的應用存在著器件體積過大、成本過高的問題。D“……斷言薛其坤院士領銜的團隊將獲得諾貝爾物理學獎”太唐突。“斷言”意謂“十分肯定地說”,依原文,薛其坤團隊很有可能獲得諾貝爾物理學獎,但并沒有說十分肯定)
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
霍爾實驗報告 篇1<\/h2>
《量子霍爾效應》的閱讀題及答案
1980年,德國科學家馮?克利青發現整數量子霍爾效應,1982年,美國科學家崔琦和施特默發現分數量子霍爾效應,這兩項成果均獲得諾貝爾物理學獎。
量子霍爾效應是整個凝聚態物理領域中最重要、最基本的量子效應之一。它的應用前景非常廣泛。我們使用計算機的時候,會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態下的芯片中,電子運動沒有特定的軌道,會相互碰撞從而發生能量損耗。而量子霍爾效應則可以為電子的運動制定一定的規則,讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進。好比一輛高級跑車,常態下是在擁擠的農貿市場上前進,而在量子霍爾效應下,則可以在高速路上前進。
然而,量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場。為了一臺計算機的量子霍爾效應,相當于需外加10個計算機大的磁鐵,不但體積龐大,而且價格昂貴,不適合個人電腦和便攜式計算機。
1988年,美國物理學家霍爾丹提出可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應,即“量子反常霍爾效應”。它與已知的量子霍爾效應具有完全不同的物理本質,是一種全新的量子效應;但它的實現也更加困難,需要精準的材料設計、制備與調控。多年來,人們一直未能找到能實現這一特殊量子效應的材料體系和具體物理途徑。自1988年開始,就不斷有理論物理學家提出各種方案,然而在實驗上沒有取得任何進展。
,美國斯坦福大學張首晟教授領導的理論組成功地預言了二維拓撲絕緣體中的量子自旋霍爾效應,并于指出了在磁性摻雜的拓撲絕緣體中實現量子反常霍爾效應的新方向。,我國理論物理學家方忠、戴希等與張首晟教授合作,提出磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子化反常霍爾效應的最佳體系。這個方案引起了國際學術界的廣泛關注。德國、美國、日本等國有多個世界一流的研究團隊沿著這個思路在實驗上尋找量子反常霍爾效應,但一直沒有取得突破。
由清華大學薛其坤院士領銜,清華大學、中科院物理所和斯坦福大學研究人員聯合組成的團隊,經過近4年的研究,生長測量了1000多個樣品。最終,他們利用分子束外延方法,生長出了高質量的Cr摻雜(Bi,Sb) 2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜,并在極低溫輸運測量裝置上成功觀測到了量子反常霍爾效應。這項研究成果將推動新一代低能耗晶體管和電子學器件的發展,可能加速推進信息技術革命進程。
3月14日,該成果發表于美國《科學》雜志。《科學》雜志的評審作出評價:“這篇文章結束了對量子反常霍爾效應多年的探尋,這是一項里程碑式的工作。”諾貝爾物理獎得主、清華大學高等研究院名譽院長^寧教授說,這是“諾貝爾獎級的發現”。
5.關于“量子霍爾效應”與“量子反常霍爾效應”的區別,以下表述小正確的一項是:
A.前者是整個凝聚態物理領域中最重要、最基本的量子效應之一;后者具有與前者完全不同的物理本質,是一種全新的量子效應。
B.前者應用前景廣泛;后者則屬于特殊情況下的量子效應,應用前景限于低能耗晶體管和電子學器件方面。
C.前者的產牛需要非常強的磁場,應用時難免器件體積過大、成本過高;后者的產生不需要外磁場,應用時,能使得器件的體積小不至于過大。
D.前者于1980年被發現,后者于20被證實;后者的實現比前者的實現更難能可貴,需要精準的材料設計、制備與調控。
6.下列理解,不符合原文意思的一項是
A.量子霍爾效應可以使電子的運動由無序變成有序,使得電子在各自特定的軌道上運動,在很大程度上.避免電子相互碰撞,避免其能量的無謂損耗。
B.要在試驗層面證實量子反常霍爾效應,對科學家而育足十分嚴峻的挑戰,既需要有很特殊的材料體系,也需要有很特殊的物理途徑。
C.薛其坤領銜的團隊利用分子束外延方法,生長出了高質量的Cr摻雜(Bi,Sb) 2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜,在這一材料中,就存在著量子反常霍爾效應。
D.曾有科學家提出,磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子反常霍爾效應的最佳體系,但經德、美、日等多國科學家的實踐證明,這條思路行不通。
7.根據原文內容,下列推斷正確的一項是:
A.常態下的芯片中,電子運動沒有特定軌道,會相互碰撞,因而計算機會出現發熱、能量損耗、速度變慢等問題。量子霍爾效應的具體應用,才能解決這些問題。 ? ? ? ? ? ? ? ? (不是唯一條件)
B.由于量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場,所以到目前為止,它并未獲得實際應用;也正是因為這個原因,對量子反常霍爾效應的'研究才顯得十分必要。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? (因果推斷不成立)
C.薛其坤領銜的研究團隊之所以能率先證實量子反常霍爾效應,是因為他們不僅吸納了其他科學家的研究成果,掌握了正確的研究途徑,而且在方法上有自己的創新。
D.鑒于發現整數量子霍爾效應的德國科學家和發現分數量了霍爾效應的芙國科學家均獲得諾貝爾物理學獎,我們可以斷言薛其坤院士領銜的團隊將獲得諾貝爾物理學獎。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(絕對化)
試題答案:
5.答案:(從原文所闡述的科學原理看,“量子反常霍爾效應”與“量子霍爾效應” 的應用前景沒有什么區別,都能促進低能耗晶體管和電子學器件的發展,都能解決計算機能量損耗、發熱、速度變慢等問題。)
6.答案:(“這條思路行不通”誤解文意。據原文意,方忠、戴希、張首晟等人提出的“磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子化反常霍爾效應的最佳體系”的設想,是后來薛其坤團隊證實“量子反常霍爾效應”的指路明燈。雖先前德、美、日等國科學家在此思路上未取得突破,但不能據此認為“這條思路行不通”。)
答案:(A“量子霍爾效應的具體應用,才能解決(計算機發熱、能量損耗、速度變慢等)這些問題”太絕對,據原文意,“量子反常霍爾效應”的具體應用,也能解決這些問題。B 前句“由于量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場,所以……它并未獲得實際應用”強加因果,也于文無據;后句說,因為量子霍爾效應未能獲得實際應用,所以有必要研究量子反常霍爾效應,這也是強加因果,不合原文意思。從原文看,研究量子反常霍爾效應之所以必要,是因為量子霍爾效應的應用存在著器件體積過大、成本過高的問題。D“……斷言薛其坤院士領銜的團隊將獲得諾貝爾物理學獎”太唐突。“斷言”意謂“十分肯定地說”,依原文,薛其坤團隊很有可能獲得諾貝爾物理學獎,但并沒有說十分肯定)
霍爾實驗報告 篇2<\/h2>
半導體中自旋軌道耦合及自旋霍爾效應
本文主要評述和介紹半導體微結構中自旋軌道耦合的研究和最近的研究進展.我們細致地討論了半導體微結構中自旋軌道耦合的物理起源和窄帶隙半導體量子阱中的自旋霍爾效應.我們發現目前國際上廣泛采用的線性Rashba模型在較大的電子平面波矢處失效:即自旋軌道耦合導致的能帶自旋劈裂不再隨電子波矢的增加而增加,而是開始下降,即出現強烈的非線性行為.這種非線性的行為起源于導帶和價帶間耦合的減弱.這種非線性行為還會導致電子的D'yakonov-Perel'自旋弛豫速率在較高能量處下降,與線性模型的結果完全相反.在此基礎上,我們構造統一描述電子和空穴自旋霍爾效應的.理論框架.我們的方法可以非微擾地計入自旋軌道耦合對本征自旋霍爾效應的影響.我們將此方法應用于強自旋軌道耦合的情形,即窄帶隙CdHgTe/CdTe半導體量子阱.我們發現調節外電場或量子阱的阱寬可以作為導致量子相變和本征自旋霍爾效應的開關.我們的工作可能會為區別和實驗驗證本征自旋霍爾效應提供物理基礎.
霍爾實驗報告 篇3<\/h2>
霍爾傳感器測速
引 言
隨著單片機的不斷推陳出新,特別是高性價比的單片機的涌現,轉速測量控制普遍采用了以單片機為核心的數字化、智能化的系統。本文介紹了一種由單片機C8051F060作為主控制器,使用霍爾傳感器進行測量的直流電機轉速測量系統。
1 轉速測量及控制的基本原理
轉速測量原理
轉速的測量方法很多,根據脈沖計數來實現轉速測量的方法主要有M法(測頻法)、T法(測周期法)和MPT法(頻率周期法),該系統采用了M法(測頻法)。由于轉速是以單位時間內轉數來衡量,在變換過程中多數是有規律的重復運動。根據霍爾效應原理,將一塊永久磁鋼固定在電機轉軸上的轉盤邊沿,轉盤隨測軸旋轉,磁鋼也將跟著同步旋轉,在轉盤下方安裝一個霍爾器件,轉盤隨軸旋轉時,受磁鋼所產生的磁場的影響,霍爾器件輸出脈沖信號,其頻率和轉速成正比。脈沖信號的周期與電機的轉速有以下關系:
式中:n為電機轉速;P為電機轉一圈的脈沖數;T為輸出方波信號周期
根據式(1)即可計算出直流電機的轉速。
霍爾器件是由半導體材料制成的一種薄片,在垂直于平面方向上施加外磁場B,在沿平面方向兩端加外電場,則使電子在磁場中運動,結果在器件的2個側面之間產生霍爾電勢。其大小和外磁場及電流大小成比例。霍爾開關傳感器由于其體積小、無觸點、動態特性好、使用壽命長等特點,故在測量轉動物體旋轉速度領域得到了廣泛應用。在這里選用美國史普拉格公司(SPRAGUE)生產的3000系列霍爾開關傳感器3013,它是一種硅單片集成電路,器件的內部含有穩壓電路、霍爾電勢發生器、放大器、史密特觸發器
和集電極開路輸出電路,具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外電路簡單
轉速控制原理
直流電機的轉速與施加于電機兩端的電壓大小有關,可以采用C8051F060片內的D/A轉換器DAC0的輸出控制直流電機的電壓從而控制電機的轉速。在這里采用簡單的比例調節器算法(簡單的加一、減一法)。比例調節器的輸出系統式為:
式中:Y為調節器的輸出;e(t)為調節器的輸人,一般為偏差值;Kp為比例系數。
從式(2)可以看出,調節器的輸出Y與輸入偏差值e(t)成正比。因此,只要偏差e(t)一出現就產生與之成比例的調節作用,具有調節及時的特點,這是一種最基本的調節規律。比例調節作用的大小除了與偏差e(t)有關外,主要取決于比例系數Kp,比例調節系數愈大,調節作用越強,動態特性也越大。反之,比例系數越小,調節作用越弱。對于大多數的慣性環節,Kp太大時將會引起自激振蕩。比例調節的主要缺點是存在靜差,對于擾動的'慣性環節,Kp太大時將會引起自激振蕩。對于擾動較大,慣性也比較大的系統,若采用單純的比例調節器就難于兼顧動態和靜態特性,需采用調節規律比較復雜的PI(比例積分調節器)或PID(比例、積分、微分調節器)算法。
2 系統的硬件軟件設計
硬件設計
本系統采用單片機C8051F060作為主控制器,使用霍爾傳感器測量電機的轉速,通過7079最終在LED上顯示測試結果。此外,還可以根據需要調整控制電機的轉速,硬件組成由圖1所示。
控制器C8051F060主要完成轉速脈沖的采集、16為定時計數器計數定時、運算比較,片內集成的12位DAC0控制轉速,并且通過7279顯示接口芯片實現數碼顯示等多項功能。
系統采用外部晶振,系統時鐘SYSCLK等于1843,T0定時1 ms,初始化時TH0=(-SYSCLK/1 000)》8;TL0=-SYSCLK/1 000。等待1 s到,輸出轉速脈沖個數N,計算電機轉速值。將1 s內的轉速值換算成1 min內的電機轉速值,并在LED上輸出測量結果。
軟件設計
本系統采用C8051F060中的INT0中斷對轉速脈沖計數。定時器T1工作于外部事件計數方式對轉速脈沖計數;T0工作于定時器方式均工作于方式1。每到1 s讀一次計數值,此值即為脈沖信號的頻率,根據式(1)可計算出電機的轉速。由于直流電機的轉速與施加工于電機兩端的電壓大小有關,故將實際測得的轉速值與預設的轉速值比較,若大于預設的轉速值則減小DAC0的數值,若小于轉速預設的轉速值則增加DAC0的值調整電機的轉速,直到轉速值等于預設定的值,這樣就實現了對電機轉速的控制,主程序和T0中斷流程圖如圖2、3所示。
霍爾實驗報告 篇4<\/h2>
一、實驗名稱: 霍爾效應原理及其應用
二、實驗目的:
1、了解霍爾效應產生原理;
2、測量霍爾元件的 、 曲線,了解霍爾電壓 與霍爾元件工作電流 、直螺線管的勵磁電流 間的關系;
3、學習用霍爾元件測量磁感應強度的原理和方法,測量長直螺旋管軸向磁感應強度 及分布;
4、學習用對稱交換測量法(異號法)消除負效應產生的系統誤差。
三、儀器用具:YX-04型霍爾效應實驗儀(儀器資產編號)
四、實驗原理:
1、霍爾效應現象及物理解釋
霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力 作用而引起的偏轉。當帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中,這種偏轉就導致在垂直于電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積,從而形成附加的橫向電場。對于圖1所示。
半導體樣品,若在x方向通以電流 ,在z方向加磁場 ,則在y方向即樣品A、A′電極兩側就開始聚積異號電荷而產生相應的電場 ,電場的指向取決于樣品的導電類型。顯然,當載流子所受的橫向電場力 時電荷不斷聚積,電場不斷加強,直到 樣品兩側電荷的積累就達到平衡,即樣品A、A′間形成了穩定的電勢差(霍爾電壓) 。
設 為霍爾電場, 是載流子在電流方向上的平均漂移速度;樣品的寬度為 ,厚度為 ,載流子濃度為 ,則有:
(1-1)
因為 , ,又根據 ,則
(1-2)
其中 稱為霍爾系數,是反映材料霍爾效應強弱的重要參數。只要測出 、 以及知道 和 ,可按下式計算 :
(1-3)
(1-4)
為霍爾元件靈敏度。根據RH可進一步確定以下參數。
(1)由 的符號(霍爾電壓的正負)判斷樣品的導電類型。判別的方法是按圖1所示的 和 的方向(即測量中的+ ,+ ),若測得的 <0(即A′的電位低于A的電位),則樣品屬N型,反之為P型。
(2)由 求載流子濃度 ,即 。應該指出,這個關系式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得到的。嚴格一點,考慮載流子的速度統計分布,需引入 的修正因子(可參閱黃昆、謝希德著《半導體物理學》)。
(3)結合電導率的測量,求載流子的遷移率 。電導率 與載流子濃度 以及遷移率 之間有如下關系:
(1-5)
2、霍爾效應中的副效應及其消除方法
上述推導是從理想情況出發的,實際情況要復雜得多。產生上述霍爾效應的同時還伴隨產生四種副效應,使 的測量產生系統誤差,如圖2所示。
(1)厄廷好森效應引起的電勢差 。由于電子實際上并非以同一速度v沿y軸負向運動,速度大的電子回轉半徑大,能較快地到達接點3的側面,從而導致3側面較4側面集中較多能量高的電子,結果3、4側面出現溫差,產生溫差電動勢 。可以證明 。 的正負與 和 的方向有關。
(2)能斯特效應引起的電勢差 。焊點1、2間接觸電阻可能不同,通電發熱程度不同,故1、2兩點間溫度可能不同,于是引起熱擴散電流。與霍爾效應類似,該熱擴散電流也會在3、4點間形成電勢差 。若只考慮接觸電阻的'差異,則 的方向僅與磁場 的方向有關。
(3)里紀-勒杜克效應產生的電勢差 。上述熱擴散電流的載流子由于速度不同,根據厄廷好森效應同樣的理由,又會在3、4點間形成溫差電動勢 。 的正負僅與 的方向有關,而與 的方向無關。
(4)不等電勢效應引起的電勢差 。由于制造上的困難及材料的不均勻性,3、4兩點實際上不可能在同一等勢面上,只要有電流沿x方向流過,即使沒有磁場 ,3、4兩點間也會出現電勢差 。 的正負只與電流 的方向有關,而與 的方向無關。
綜上所述,在確定的磁場 和電流 下,實際測出的電壓是霍爾效應電壓與副效應產生的附加電壓的代數和。可以通過對稱測量方法,即改變 和磁場 的方向加以消除和減小副效應的影響。在規定了電流 和磁場 正、反方向后,可以測量出由下列四組不同方向的 和 組合的電壓。即:
, :
, :
, :
, :
然后求 , , , 的代數平均值得:
通過上述測量方法,雖然不能消除所有的副效應,但 較小,引入的誤差不大,可以忽略不計,因此霍爾效應電壓 可近似為
(1-6)
3、直螺線管中的磁場分布
1、以上分析可知,將通電的霍爾元件放置在磁場中,已知霍爾元件靈敏度 ,測量出 和 ,就可以計算出所處磁場的磁感應強度 。
(1-7)
2、直螺旋管離中點 處的軸向磁感應強度理論公式:
(1-8)
式中, 是磁介質的磁導率, 為螺旋管的匝數, 為通過螺旋管的電流, 為螺旋管的長度, 是螺旋管的內徑, 為離螺旋管中點的距離。
X=0時,螺旋管中點的磁感應強度
(1-9)
霍爾實驗報告 篇5<\/h2>
一、實驗名稱: 霍爾效應原理及其應用
二、實驗目的:
1、了解霍爾效應產生原理;
2、測量霍爾元件的 、 曲線,了解霍爾電壓 與霍爾元件工作電流 、直螺線管的勵磁電流 間的關系;
3、學習用霍爾元件測量磁感應強度的原理和方法,測量長直螺旋管軸向磁感應強度 及分布;
4、學習用對稱交換測量法(異號法)消除負效應產生的系統誤差。
三、儀器用具:YX-04型霍爾效應實驗儀(儀器資產編號)
四、實驗原理:
1、霍爾效應現象及物理解釋
霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力 作用而引起的偏轉。當帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中,這種偏轉就導致在垂直于電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積,從而形成附加的橫向電場。對于圖1所示。
半導體樣品,若在x方向通以電流 ,在z方向加磁場 ,則在y方向即樣品A、A′電極兩側就開始聚積異號電荷而產生相應的電場 ,電場的指向取決于樣品的導電類型。顯然,當載流子所受的橫向電場力 時電荷不斷聚積,電場不斷加強,直到 樣品兩側電荷的積累就達到平衡,即樣品A、A′間形成了穩定的電勢差(霍爾電壓) 。
設 為霍爾電場, 是載流子在電流方向上的平均漂移速度;樣品的寬度為 ,厚度為 ,載流子濃度為 ,則有:
(1-1)
因為 , ,又根據 ,則
(1-2)
其中 稱為霍爾系數,是反映材料霍爾效應強弱的重要參數。只要測出 、 以及知道 和 ,可按下式計算 :
(1-3)
(1-4)
為霍爾元件靈敏度。根據RH可進一步確定以下參數。
(1)由 的符號(霍爾電壓的正負)判斷樣品的導電類型。判別的方法是按圖1所示的 和 的方向(即測量中的+ ,+ ),若測得的 <0(即A′的電位低于A的電位),則樣品屬N型,反之為P型。
(2)由 求載流子濃度 ,即 。應該指出,這個關系式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得到的。嚴格一點,考慮載流子的速度統計分布,需引入 的修正因子(可參閱黃昆、謝希德著《半導體物理學》)。
(3)結合電導率的測量,求載流子的遷移率 。電導率 與載流子濃度 以及遷移率 之間有如下關系:
(1-5)
2、霍爾效應中的副效應及其消除方法
上述推導是從理想情況出發的,實際情況要復雜得多。產生上述霍爾效應的同時還伴隨產生四種副效應,使 的測量產生系統誤差,如圖2所示。
(1)厄廷好森效應引起的電勢差 。由于電子實際上并非以同一速度v沿y軸負向運動,速度大的電子回轉半徑大,能較快地到達接點3的側面,從而導致3側面較4側面集中較多能量高的電子,結果3、4側面出現溫差,產生溫差電動勢 。可以證明 。 的正負與 和 的方向有關。
(2)能斯特效應引起的電勢差 。焊點1、2間接觸電阻可能不同,通電發熱程度不同,故1、2兩點間溫度可能不同,于是引起熱擴散電流。與霍爾效應類似,該熱擴散電流也會在3、4點間形成電勢差 。若只考慮接觸電阻的差異,則 的方向僅與磁場 的方向有關。
(3)里紀-勒杜克效應產生的電勢差 。上述熱擴散電流的載流子由于速度不同,根據厄廷好森效應同樣的理由,又會在3、4點間形成溫差電動勢 。 的正負僅與 的方向有關,而與 的方向無關。
(4)不等電勢效應引起的電勢差 。由于制造上的困難及材料的不均勻性,3、4兩點實際上不可能在同一等勢面上,只要有電流沿x方向流過,即使沒有磁場 ,3、4兩點間也會出現電勢差 。 的正負只與電流 的方向有關,而與 的方向無關。
綜上所述,在確定的磁場 和電流 下,實際測出的電壓是霍爾效應電壓與副效應產生的附加電壓的代數和。可以通過對稱測量方法,即改變 和磁場 的方向加以消除和減小副效應的影響。在規定了電流 和磁場 正、反方向后,可以測量出由下列四組不同方向的 和 組合的電壓。即:
, :
, :
, :
, :
然后求 , , , 的代數平均值得:
通過上述測量方法,雖然不能消除所有的副效應,但 較小,引入的誤差不大,可以忽略不計,因此霍爾效應電壓 可近似為
(1-6)
3、直螺線管中的磁場分布
1、以上分析可知,將通電的霍爾元件放置在磁場中,已知霍爾元件靈敏度 ,測量出 和 ,就可以計算出所處磁場的磁感應強度 。
(1-7)
2、直螺旋管離中點 處的軸向磁感應強度理論公式:
(1-8)
式中, 是磁介質的磁導率, 為螺旋管的匝數, 為通過螺旋管的電流, 為螺旋管的長度, 是螺旋管的內徑, 為離螺旋管中點的距離。
X=0時,螺旋管中點的磁感應強度
(1-9)
五、 實驗內容:
測量霍爾元件的 、 關系;
1、將測試儀的“ 調節”和“ 調節”旋鈕均置零位(即逆時針旋到底),極性開關選擇置“0”。
2、接通電源,電流表顯示“”。有時, 調節電位器或 調節電位器起點不為零,將出現電流表指示末位數不為零,亦屬正常。電壓表顯示“”。
3、測定 關系。取 =900mA,保持不變;霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向處與讀數零點對齊)。順時針轉動“ 調節”旋鈕, 依次取值為,,…,,將 和 極性開關選擇置“+” 和“-”改變 與 的極性,記錄相應的電壓表讀數 值,填入數據記錄表1。
4、以 為橫坐標, 為縱坐標作 圖,并對 曲線作定性討論。
5、測定 關系。取 =10 mA ,保持不變;霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向處與讀數零點對齊)。順時針轉動“ 調節”旋鈕, 依次取值為0,100,200,…,900 mA,將 和 極性開關擇置“+” 和“-”改變 與 的極性,記錄相應的電壓表讀數 值,填入數據記錄表2。
6、以 為橫坐標, 為縱坐標作 圖,并對 曲線作定性討論。
測量長直螺旋管軸向磁感應強度
1、取 =10 mA, =900mA。
2、移動水平調節螺釘,使霍爾元件在直螺線管中的位置 (水平移動游標尺上讀出),先從開始,最后到0cm點。改變 和 極性,記錄相應的電壓表讀數 值,填入數據記錄表3,計算出直螺旋管軸向對應位置的磁感應強度 。
3、以 為橫坐標, 為縱坐標作 圖,并對 曲線作定性討論。
4、用公式(1-8)計算長直螺旋管中心的磁感應強度的理論值,并與長直螺旋管中心磁感應強度的測量值 比較,用百分誤差的形式表示測量結果。式中 ,其余參數詳見儀器銘牌所示。
六、 注意事項:
1、為了消除副效應的影響,實驗中采用對稱測量法,即改變 和 的方向。
2、霍爾元件的工作電流引線與霍爾電壓引線不能搞錯;霍爾元件的工作電流和螺線管的勵磁電流要分清,否則會燒壞霍爾元件。
3、實驗間隙要斷開螺線管的勵磁電流 與霍爾元件的工作電流 ,即 和 的極性開關置0位。
4、霍耳元件及二維移動尺容易折斷、變形,要注意保護,應注意避免擠壓、碰撞等,不要用手觸摸霍爾元件。
七、 數據記錄:KH=,N=3150匝,L=280mm,r=13mm
表1 關系 ( =900mA)
(mV) (mV) (mV) (mV)
表2 關系 ( =)
(mV) (mV) (mV) (mV)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
表3 關系 =, =900mA
(mV) (mV) (mV) (mV) B ×10-3T
0
八、 數據處理:(作圖用坐標紙)
九、 實驗結果:
實驗表明:霍爾電壓 與霍爾元件工作電流 、直螺線管的勵磁電流 間成線性的關系。
長直螺旋管軸向磁感應強度:
B=UH/KH*IS=
理論值比較誤差為: E=
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
普通的愛情故事
觀獲奧斯卡金像獎電影之《安妮.。霍爾》有感
在一次無意的“經典愛情影片“中,讓我結實了一部感人至深的愛情影片——《安妮.霍爾》。一開始,是抱著一種無聊時隨便滿足的心情來看的,根本不在意這部**的來龍去脈,更不會去了解它的獲獎背景,是否有名氣。
于是,我懷著一顆平常心
影片中:獨自住在紐約,個子矮小,戴著一副高度近視鏡,不修邊幅,略顯邋遢的艾爾維·辛格雖然艾爾維是一個猶太青年·雖然他其貌不揚,但他卻擁有一口絕佳的口才,經常出演單口相聲,自己一個人過著悠哉悠哉的單身生活。同時,他也是一個被死亡困擾的搞笑角色,試圖與一個熱愛生活、有個性的緊張但充滿活力的舞臺演員合作。
看到這里時,我開始猜測這個男主角的愛情故事是不是經歷了很多風風雨雨,才讓這個如此有才藝的男人顯得如此滄桑。接下來他是不是講過的很凄慘?
當埃爾維的生活非常沮喪時,他開始變得暴躁和焦慮。但有一次,阿爾維和他的朋友羅勃在打網球時遇到了漂亮的女孩安妮·霍爾。她這是一位衣著時尚,口齒伶俐的女孩,夢想是有一天能夠成為有名氣的歌星。
在第一次見面時,阿爾維被安妮的魅力迷住了,深深地愛上了她。
看到這里,我的心又開始游蕩。這樣一個郁郁寡歡的老人,用這個美麗動人的小美人,一定沒有什么好結果。但是事再次擊敗了我的直覺:
雖然安妮的父母不喜歡緊張的阿爾維,但安妮霍爾仍然對這位天才男子著迷。陷入甜美愛情的他們還是過起了同居生活,他們在一起的時間愛得十分狂熱。我們都默默無聞地為對方付出代價。
但是風流有趣的埃爾維總是在他們的愛情過程中,偶爾出現幾次出軌,
此時,我已無法控制自己的情緒了,我在心底暗暗地怒罵著這個十分花心但又長相平凡的男主角,認為安妮就像一朵鮮花插在牛糞上。但下一幕改變了我對他的看法:
安妮開始學起聲樂,經常在酒吧里賣唱自己的聲音,但是沒有**經驗的她卻不怎么得人喜歡,于是她開始進步飛快。安妮慢慢地自怨自艾,有點自卑。但在艾維真誠、耐心、細致的鼓勵下,安妮進步越來越快,唱歌越來越好,開始在城里賺錢。
于是,我又開始遐想:有表演天賦的埃爾維通過自己不解的努力改變了一個女孩的興趣和愛好,讓安妮變得更具自信、更具才氣,他們一定會白頭偕老、幸福一生。可是,事實又證明我犯錯了:
一天,在酒吧的演唱中,安妮動情的演唱引起了著名歌星托尼·萊西的注意,傾慕于安妮美貌的托尼想讓安妮到福尼亞州去唱歌。但埃爾維似乎不喜歡。托尼多次邀請后,終于同意見安妮。安妮參觀了托尼的公司并了解了有關情況后,開始愛上福吉尼亞和托尼的公司。
在返回紐約的途中,他們居然不約而同的提出了分手。
我不想再猜他們的結果了,因為我以前已經猜過幾次了。但我想知道,為什么看似良好的發展趨勢會變成這樣?難道就像歌詞唱的“相愛真的不是那么容易”那樣?
安妮到了福尼亞州以后,在托尼的器重和資助下,演藝道路發展得很不錯。而重受挫傷的埃爾維還現在愛河中難以自拔,看懂安妮和托尼日漸曖昧的關系,他陷入了無邊的痛苦之中。其實,他還是愛著安妮的。
于是,他特意趕去福尼亞州找安妮,希望能夠挽回這段迷失的愛情,他向她提出了結婚的想法,但被安妮一口拒絕了。最后,埃爾維斯絕望地去了加里福尼亞
las,幾經周折,曾經美麗的愛情被埋在不和諧的encounter中。只是,我最不能理解的是,為何從故事的開頭到結尾,我一直未能猜中故事的情節呢,這或許是東西方人的思維差異,或是編劇故意巧設的懸念吧,還是這部影片的劇情實在是太棒了。
我懷著輕松、快樂和好奇的心情去看電影。沒有驚悚之處,沒有特技效果,沒有激斗場面,也沒有太多刻意的情節,而就是這樣普通而不簡單、平淡而有波折的故事情節,讓我仿佛陷入了一場愛情漩渦,讓我在其中聆聽愛情的呼喚,感受愛情的力量,學習愛情的經驗。
總之,這個平凡的愛情故事讓我看到了人性的光輝和污點,愛情的魅力和丑陋。
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
二、實驗目的:1.學會用實驗的方法測出小車在斜坡各段的平均速度,
驗證小車在斜坡滑下是前半程快還是后半程快。2鞏固刻度尺和秒表的使用。
六、實驗步驟:
1.將木塊的一端用木塊墊起,使它保持很小的坡度。
2.將小車放在斜面頂端,金屬片放在斜面底端,用刻度尺測出小車通過的路程s1,用停表測量通過這段路程所用的時間t1。
3.根據測得的s1、t1,利用公式v1=s1/t1算出小車通過斜面全程的平均速度v1。
4.將金屬片移至斜面中部,重復上述過程,進行第二次測量。
5.利用s1—s2=s3,t1—t2=t3,求出v3。
6.收集數據的表格:
路程S1=S2=S3=S1-S2=運動時間?平均速度t1=t2=t3=t1-t2=V1=V2=V3=
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1.甲烷
(1)甲烷通入KMnO4酸性溶液中
實驗:把甲烷通入盛有KMnO4酸性溶液的試管里,觀察紫色溶液是否有變化?
現象與解釋:溶液顏色沒有變化。說明甲烷與KMnO4酸性溶液不反應,進一步說明甲烷的性質比較穩定。
(2)甲烷的取代反應
實驗:取一個100mL的大量筒,用排飽和食鹽水的方法先后收集20mLCH4和80mLCl2,放在光亮的地方(注意:不要放在陽光直射的地方,以免引起爆炸),等待片刻,觀察發生的現象。
現象與解釋:大約3min后,可觀察到量筒壁上出現油狀液滴,量筒內飽和食鹽水液面上升。說明量筒內的混合氣體在光照下發生了化學反應;量筒上出現油狀液滴,說明生成了新的油狀物質;量筒內液面上升,說明隨著反應的進行,量筒內的氣壓在減小,即氣體總體積在減小。
2.乙烯
(1)乙烯的燃燒
實驗:點燃純凈的乙烯。觀察乙烯燃燒時的現象。
現象與解釋:乙烯在空氣中燃燒,火焰明亮,并伴有黑煙。乙烯中碳的質量分數較高,燃燒時有黑煙產生。
(2)乙烯使KMnO4酸性溶液褪色
實驗:把乙烯通入盛有KMnO4酸性溶液的試管里,觀察試管里溶液顏色的變化。
現象與解釋:KMnO4酸性溶液的紫色褪去,說明乙烯能被氧化劑KMnO4氧化,它的化學性質比烷烴活潑。
(3)乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色
實驗:把乙烯通入盛有溴的四氯化碳溶液的試管里,觀察試管里溶液顏色的變化。
現象與解釋:溴的紅棕色褪去,說明乙烯與溴發生了反應。
3.乙炔
(1)點燃純凈的乙炔
實驗:點燃純凈的乙炔。觀察乙炔燃燒時的現象。
現象與解釋:乙炔燃燒時,火焰明亮,并伴有濃烈的黑煙。這是乙炔中碳的質量分數比乙烯還高,碳沒有完全燃燒的緣故。
(2)乙炔使KMnO4酸性溶液褪色
實驗:把純凈的乙炔通入盛有KMnO4酸性溶液的試管里,觀察試管里溶液顏色的變化。
現象與解釋:KMnO4酸性溶液的紫色褪去,說明乙炔能與KMnO4酸性溶液反應。
(3)乙炔使溴的四氯化碳溶液褪色
實驗:把純凈的乙炔通入盛有盛有溴的`四氯化碳溶液的試管里,觀察試管里溶液顏色的變化。
現象與解釋:溴的紅棕色褪去,說明乙炔也能與溴發生加成反應。
4.苯和苯的同系物
實驗:苯、甲苯、二甲苯各2mL分別注入3支試管,各加入3滴KMnO4酸性溶液,用力振蕩,觀察溶液的顏色變化。
現象與解釋:苯不能使KMnO4酸性溶液褪去,說明苯分子中不存在碳碳雙鍵或碳碳三鍵。甲苯、二甲苯能使KMnO4酸性溶液褪去,苯說明甲苯、二甲苯能被KMnO4氧化。
5.鹵代烴
(1)溴乙烷的水解反應
實驗:取一支試管,滴入10滴~15滴溴乙烷,再加入1mL5%的NaOH溶液,充分振蕩、靜置,待液體分層后,用滴管小心吸入10滴上層水溶液,移入另一盛有10mL稀硝酸溶液的試管中,然后加入2滴~3滴2%的AgNO3溶液,觀察反應現象。
現象與解釋:看到反應中有淺黃色沉淀生成,這種沉淀是AgBr,說明溴乙烷水解生成了Br—。
(2)1,2-二氯乙烷的消去反應
實驗:在試管里加入2mL1,2-二氯乙烷和5mL10%NaOH的乙醇溶液。再向試管中加入幾塊碎瓷片。在另一支試管中加入少量溴水。用水浴加熱試管里的混合物(注意不要使水沸騰),持續加熱一段時間后,把生成的氣體通入溴水中,觀察有什么現象發生。
現象與解釋:生成的氣體能使溴水褪色,說明反應生成了不飽和的有機物。
6.乙醇
(1)乙醇與金屬鈉的反應
實驗:在大試管里注入2mL左右無水乙醇,再放入2小塊新切開的濾紙擦干的金屬鈉,迅速用一配有導管的單孔塞塞住試管口,用一小試管倒扣在導管上,收集反應中放出的氣體并驗純。
現象與解釋:乙醇與金屬鈉反應的速率比水與金屬鈉反應的速率慢,說明乙醇比水更難電離出H+。
(2)乙醇的消去反應
實驗:在燒瓶中注入20mL酒精與濃硫酸(體積比約為1:3)的混合液,放入幾片碎瓷片。加熱混合液,使液體的溫度迅速升高到170℃。
現象與解釋:生成的氣體能使溴的四氯化碳溶液褪色,也能使高錳酸鉀酸性溶液褪色。
7.苯酚
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(1)苯酚與NaOH反應
實驗:向一個盛有少量苯酚晶體的試管中加入2mL蒸餾水,振蕩試管,有什么現象發生?再逐滴滴入5%的NaOH溶液并振蕩試管,觀察試管中溶液的變化。
現象與解釋:苯酚與水混合,液體呈混濁,說明常溫下苯酚的溶解度不大。當加入NaOH溶液后,試管中的液體由混濁變為澄清,這是由于苯酚與NaOH發生了反應生成了易溶于水的苯酚鈉。
(2)苯酚鈉溶液與CO2的作用
實驗:向苯酚與NaOH反應所得的澄清中通入CO2氣體,觀察溶液的變化。
現象與解釋:可以看到,二氧化碳使澄清溶液又變混濁。這是由于苯酚的酸性比碳酸弱,易溶于水的苯酚鈉在碳酸的作用下,重新又生成了苯酚。
(3)苯酚與Br2的反應
實驗:向盛有少量苯酚稀溶液的試管里滴入過量的濃溴水,觀察現象。
現象與解釋:可以看到,立即有白色沉淀產生。苯酚與溴在苯環上的取代反應,既不需加熱,也不需用催化劑,比溴與苯及其同系物苯環上的取代反應容易得多。這說明受羥基的影響,苯酚中苯環上的H變得更活潑了。
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
1、舊人重見像老歌翻唱歌詞沒變模樣意味卻已深長
2、記得小時候愛看的是媽媽再愛我一次,還沒看之前,看過了一次的發小告訴我說他被感動哭了,一部電視劇他哭了幾次。
3、人說勁草才能在疾風后留存,我卻不太相信。因為只有柔弱的草,懂得隨風變化,才不會被摧折。
4、就像繡花,一個眼錯,全盤皆毀;一枚針斜,扎到的就是自己。
5、年輕的時候會想要談很多次戀愛,但是隨著年齡的增長,終于領悟到愛一個人,就算用一輩子的時間,還是會嫌不夠。——《初戀50次》
6、因為你,我想要變成一個更好的人,不想成為你的負擔,因此發奮,只是想證明我足以與你相配。——《側耳傾聽》
7、世人皆謂我風華絕代,而我只想做你的獨一無二罷了。
8、我一見到你,我就變得不像我自己。
9、厭煩而遲鈍,不因惶恐而出現盲點。躍動的快樂——不僅是滿足或愜意突然到來,就像四月的春雨或是花蕾的綻放。
10、后來我以此為資本,問沒看過的敢不敢看,敢不敢流著眼淚看!
11、你留下,或者我跟你走。——《海角七號》
12、嶺外音書斷,經冬復歷春。近鄉情更怯,不敢問來人。
13、風起,逐寒,弓矢飛。桂落,霜序,語聲落。
14、別讓別人告訴你你不能做什么,你有夢想,你就得保護它。人們自己做不成什么事情,就想要告訴你你也做不成。如果你想要什么,就要去爭取。
15、曾經有一瞬間我希望時間永遠停止,只為了,無論如何都不想聽到的一句話。——《來自星星的你》
16、戀,喜歡一人,夢寐求之,輾轉反側,萬事皆空。兩情相悅,何需羨仙。——《編舟記》
17、只有一個愛字不夠表達出我的感受,我愛你,我很愛你,我永遠愛你。——《安妮·霍爾》
18、浮生浪跡笑明月,千愁散盡一劍輕。
19、那天帶我去看,從開始見到媽媽,我都哭了,整個劇我哭了幾次,連最后都是擦著眼淚出來的!
20、多蒙,你現在是真正的紅心之王了!
21、只要你不阻礙我的前路,我一定會走得很遠很好。
22、郎心自有一雙腳,隔江隔海會歸來。——《一代宗師》
23、人生如朝露,難得酒逢知已。
24、皇上與大行皇后有過兩個嫡子,雖然素日有些隔閡,但情分到底不同些。如今人不在了,自然更念著她的好處了。
25、如果有一天我忍不住問你,你最喜歡的人是誰,請你一定要騙我,無論你心里有多么的不情愿,也請你一定要說,你最喜歡的人是我。——《東邪西毒》
26、朕倒是不怕他們有二心,他們也不敢!只是別總以為自己有著可以倚仗的東西,便自居為老臣,朕喜歡聽話的臣子,那些喜歡指手畫腳的,便可以退下去歇歇了。
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
3、現象:
(1) 光電效應在極短的時間內完成;
(2)入射光的頻率大于金屬的極限頻率才會發生光電效應現象;
(3)在已經發生光電效應的條件下,逸出光電子的`數量跟入射光的強度成正比;
(4)在已經發生光電效應的條件下,光電子最大初動能隨入射光頻率的增大而增大。
在空間傳播的光不是連續的,而是一份份的,每一份叫做光量子,簡稱光子。
先由學生閱讀課本上的解釋過程,然后教師提出問題,由學生解釋。
例題:用波長200nm的紫外線照射鎢的表面,釋放出的光電子中最大的動能是2.94eV. 用波長為160nm的紫外線照射鎢的表面,釋放出來的光電子的最大動能是多少?
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
1.在掌握液晶光開關的基本工作原理的基礎上,測量液晶光開關的電光特性曲線,并由電光特性曲線得到液晶的閾值電壓和關斷電壓。
2.測量驅動電壓周期變化時,液晶光開關的時間響應曲線,并由時間響應曲線得到液晶的上升時間和下降時間。
3.測量由液晶光開關矩陣所構成的液晶顯示器的視角特性以及在不同視角下的對比度,了解液晶光開關的工作條件。
4.了解液晶光開關構成圖像矩陣的方法,學習和掌握這種矩陣所組成的液晶顯示器構成文字和圖形的顯示模式,從而了解一般液晶顯示器件的工作原理。
液晶的種類很多,僅以常用的TN(扭曲向列)型液晶為例,說明其工作原理。 TN型光開關的結構:在兩塊玻璃板之間夾有正性向列相液晶,液晶分子的形狀如同火柴一樣,為棍狀。棍的長度在十幾埃(1埃=10-10米),直徑為4~6埃,液晶層厚度一般為5-8微米。玻璃板的內表面涂有透明電極,電極的表面預先作了定向處理(可用軟絨布朝一個方向摩擦,也可在電極表面涂取向劑),這樣,液晶分子在透明電極表面就會躺倒在摩擦所形成的微溝槽里;電極表面的液晶分子按一定方向排列,且上下電極上的定向方向相互垂直。上下電極之間的那些液晶分子因范德瓦爾斯力的作用,趨向于平行排列。然而由于上下電極上液晶的定向方向相互垂直,所以從俯視方向看,液晶分子的排列從上電極的沿-45度方向排列逐步地、均勻地扭曲到下電極的沿+45度方向排列,整個扭曲了90度。 理論和實驗都證明,上述均勻扭曲排列起來的結構具有光波導的性質,即偏振光從上電極表面透過扭曲排列起來的液晶傳播到下電極表面時,偏振方向會旋轉90度。 取兩張偏振片貼在玻璃的兩面,P1的透光軸與上電極的定向方向相同,P2的透光軸與下電極的定向方向相同,于是P1和P2的透光軸相互正交。
在未加驅動電壓的情況下,來自光源的自然光經過偏振片P1后只剩下平行于透光軸的線偏振光,該線偏振光到達輸出面時,其偏振面旋轉了90°。這時光的偏振面與P2的透光軸平行,因而有光通過。
在施加足夠電壓情況下(一般為1~2伏),在靜電場的作用下,除了基片附近的液晶分子被基片“錨定”以外,其他液晶分子趨于平行于電場方向排列。于是原來的扭曲結構被破壞,成了均勻結構。從P1透射出來的偏振光的偏振方向在液晶中傳播時不再旋轉,保持原來的偏振方向到達下電極。這時光的偏振方向與P2正交,因而光被關斷。
由于上述光開關在沒有電場的情況下讓光透過,加上電場的時候光被關斷,因此叫做常通型光開關,又叫做常白模式。若P1和P2的透光軸相互平行,則構成常黑模式。
液晶可分為熱致液晶與溶致液晶。熱致液晶在一定的溫度范圍內呈現液晶的光學各向異性,溶致液晶是溶質溶于溶劑中形成的液晶。目前用于顯示器件的都是熱致液晶,它的特性隨溫度的改變而有一定變化。
對于常白模式的液晶,其透射率隨外加電壓的升高而逐漸降低,在一定電壓下達到最低點,此后略有變化。可以根據此電光特性曲線圖得出液晶的閾值電壓和關斷電壓。
加上(或去掉)驅動電壓能使液晶的開關狀態發生改變,是因為液晶的分子排序發生了改變,這種重新排序需要一定時間,反映在時間響應曲線上,用上升時間τr和下降時間τd描述。給液晶開關加上一個周期性變化的電壓,就可以得到液晶的時間響應曲線,上升時間和下降時間。
上升時間:透過率由10%升到90%所需時間;下降時間:透過率由90%降到10%所需時間。液晶的響應時間越短,顯示動態圖像的效果越好,這是液晶顯示器的重要指標。早期的液晶顯示器在這方面遜色于其它顯示器,現在通過結構方面的技術改進,已達到很好的效果。
液晶光開關的視角特性表示對比度與視角的關系。對比度定義為光開關打開和關斷時透射光強度之比,對比度大于5時,可以獲得滿意的圖像,對比度小于2,圖像就模糊不清了。
除了液晶顯示器以外,其他顯示器靠自身發光來實現信息顯示功能。這些顯示器主要有以下一些:陰極射線管顯示(CRT),等離子體顯示(PDP),電致發光顯示(ELD),發光二極管(LED)顯示,有機發光二極管(OLED)顯示,真空熒光管顯示(VFD),場發射顯示(FED)。這些顯示器因為要發光,所以要消耗大量的能量。
液晶顯示器通過對外界光線的開關控制來完成信息顯示任務,為非主動發光型顯示,其最大的優點在于能耗極低。正因為如此,液晶顯示器在便攜式裝置的顯示方面,例如電子表、萬用表、手機、傳呼機等具有不可代替地位。下面我們來看看如何利用液晶光開關來實現圖形和圖像顯示任務。
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
2、測量霍爾元件的 、曲線,了解霍爾電壓 與霍爾元件工作電流 、直螺線管的勵磁電流 間的關系;
3、學習用霍爾元件測量磁感應強度的原理和方法,測量長直螺旋管軸向磁感應強度 及分布;
4、學習用對稱交換測量法(異號法)消除負效應產生的系統誤差。
霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力 作用而引起的偏轉。當帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中,這種偏轉就導致在垂直于電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積,從而形成附加的橫向電場。對于圖1所示。
半導體樣品,若在x方向通以電流 ,在z方向加磁場 ,則在y方向即樣品A、A′電極兩側就開始聚積異號電荷而產生相應的電場 ,電場的指向取決于樣品的導電類型。顯然,當載流子所受的橫向電場力 時電荷不斷聚積,電場不斷加強,直到 樣品兩側電荷的積累就達到平衡,即樣品A、A′間形成了穩定的電勢差(霍爾電壓) 。
設 為霍爾電場, 是載流子在電流方向上的平均漂移速度;樣品的寬度為 ,厚度為 ,載流子濃度為 ,則有:
其中 稱為霍爾系數,是反映材料霍爾效應強弱的重要參數。只要測出 、以及知道 和 ,可按下式計算 :
為霍爾元件靈敏度。根據RH可進一步確定以下參數。
(1)由 的符號(霍爾電壓的正負)判斷樣品的導電類型。判別的方法是按圖1所示的 和 的方向(即測量中的+ ,+ ),若測得的 <0(即A′的電位低于A的電位),則樣品屬N型,反之為P型。
(2)由 求載流子濃度 ,即 。應該指出,這個關系式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得到的。嚴格一點,考慮載流子的速度統計分布,需引入 的修正因子(可參閱黃昆、謝希德著《半導體物理學》)。
(3)結合電導率的測量,求載流子的遷移率 。電導率 與載流子濃度 以及遷移率 之間有如下關系:
上述推導是從理想情況出發的,實際情況要復雜得多。產生上述霍爾效應的同時還伴隨產生四種副效應,使 的測量產生系統誤差,如圖2所示。
(1)厄廷好森效應引起的電勢差 。由于電子實際上并非以同一速度v沿y軸負向運動,速度大的電子回轉半徑大,能較快地到達接點3的側面,從而導致3側面較4側面集中較多能量高的電子,結果3、4側面出現溫差,產生溫差電動勢 。可以證明 。 的正負與 和 的方向有關。
(2)能斯特效應引起的電勢差 。焊點1、2間接觸電阻可能不同,通電發熱程度不同,故1、2兩點間溫度可能不同,于是引起熱擴散電流。與霍爾效應類似,該熱擴散電流也會在3、4點間形成電勢差 。若只考慮接觸電阻的差異,則 的方向僅與磁場 的方向有關。
(3)里紀-勒杜克效應產生的電勢差 。上述熱擴散電流的載流子由于速度不同,根據厄廷好森效應同樣的理由,又會在3、4點間形成溫差電動勢 。 的正負僅與 的方向有關,而與 的方向無關。
(4)不等電勢效應引起的電勢差 。由于制造上的困難及材料的不均勻性,3、4兩點實際上不可能在同一等勢面上,只要有電流沿x方向流過,即使沒有磁場 ,3、4兩點間也會出現電勢差 。 的正負只與電流 的方向有關,而與 的方向無關。
綜上所述,在確定的磁場 和電流 下,實際測出的電壓是霍爾效應電壓與副效應產生的附加電壓的代數和。可以通過對稱測量方法,即改變 和磁場 的方向加以消除和減小副效應的影響。在規定了電流 和磁場 正、反方向后,可以測量出由下列四組不同方向的 和 組合的電壓。即:
然后求 , , , 的代數平均值得:
通過上述測量方法,雖然不能消除所有的副效應,但 較小,引入的誤差不大,可以忽略不計,因此霍爾效應電壓 可近似為
1、以上分析可知,將通電的霍爾元件放置在磁場中,已知霍爾元件靈敏度 ,測量出 和 ,就可以計算出所處磁場的磁感應強度 。
2、直螺旋管離中點 處的軸向磁感應強度理論公式:
式中, 是磁介質的磁導率, 為螺旋管的匝數, 為通過螺旋管的電流, 為螺旋管的長度, 是螺旋管的內徑, 為離螺旋管中點的距離。
1、將測試儀的“ 調節”和“ 調節”旋鈕均置零位(即逆時針旋到底),極性開關選擇置“0”。
2、接通電源,電流表顯示“0.000”。有時, 調節電位器或 調節電位器起點不為零,將出現電流表指示末位數不為零,亦屬正常。電壓表顯示“0.0000”。
3、測定 關系。取 =900mA,保持不變;霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向14.00cm處與讀數零點對齊)。順時針轉動“ 調節”旋鈕, 依次取值為1.00,2.00,…,10.00mA,將 和 極性開關選擇置“+” 和“-”改變 與 的極性,記錄相應的電壓表讀數 值,填入數據記錄表1。
4、以 為橫坐標, 為縱坐標作 圖,并對 曲線作定性討論。
5、測定 關系。取 =10 mA ,保持不變;霍爾元件置于螺旋管中點(二維移動尺水平方向14.00cm處與讀數零點對齊)。順時針轉動“ 調節”旋鈕, 依次取值為0,100,200,…,900 mA,將 和 極性開關擇置“+” 和“-”改變 與 的極性,記錄相應的電壓表讀數 值,填入數據記錄表2。
6、以 為橫坐標, 為縱坐標作 圖,并對 曲線作定性討論。
1、取 =10 mA, =900mA。
2、移動水平調節螺釘,使霍爾元件在直螺線管中的位置 (水平移動游標尺上讀出),先從14.00cm開始,最后到0cm點。改變 和 極性,記錄相應的電壓表讀數 值,填入數據記錄表3,計算出直螺旋管軸向對應位置的磁感應強度 。
3、以 為橫坐標, 為縱坐標作 圖,并對 曲線作定性討論。
4、用公式(1-8)計算長直螺旋管中心的磁感應強度的理論值,并與長直螺旋管中心磁感應強度的測量值 比較,用百分誤差的形式表示測量結果。式中 ,其余參數詳見儀器銘牌所示。
六、注意事項:
1、為了消除副效應的影響,實驗中采用對稱測量法,即改變 和 的方向。
2、霍爾元件的工作電流引線與霍爾電壓引線不能搞錯;霍爾元件的工作電流和螺線管的勵磁電流要分清,否則會燒壞霍爾元件。
3、實驗間隙要斷開螺線管的勵磁電流 與霍爾元件的工作電流 ,即 和 的極性開關置0位。
4、霍耳元件及二維移動尺容易折斷、變形,要注意保護,應注意避免擠壓、碰撞等,不要用手觸摸霍爾元件。
七、數據記錄:KH=23.09,N=3150匝,L=280mm,r=13mm
10.00 2.99 -3.00 3.17 -3.19 3.09
10.0 2.92 -2.96 3.13 -3.13 13.10
12.0 2.94 -2.99 3.15 -3.06 13.20
九、實驗結果:
實驗表明:霍爾電壓 與霍爾元件工作電流 、直螺線管的勵磁電流 間成線性的關系。
長直螺旋管軸向磁感應強度:
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
在即將結束的這個學期里,我完成了大學物理實驗(上)這門課程的學習。物理實驗是物理學習的基礎,雖然在很多物理實驗中我們只是復現課堂上所學理論知識的原理與結果,但這一過程與物理家進行研究分子和物質變化的科學研究中的物理實驗是一致的。在物理實驗中,影響物理實驗現象的因素很多,產生的物理實驗現象也錯綜復雜。老師們通過精心設計實驗方案,嚴格控制實驗條件等多種途徑,以最佳的實驗方式呈現物理問題,使我們通過努力能夠順利地解決物理實驗呈現的問題,考驗了我們的實際動手能力和分析解決問題的綜合能力,加深了我們對有關物理知識的理解。通過一學期的課程,我學到了很多東西。
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
1.在掌握液晶光開關的基本工作原理的基礎上,測量液晶光開關的電光特性曲線,并由電光特性曲線得到液晶的閾值電壓和關斷電壓。
2.測量驅動電壓周期變化時,液晶光開關的時間響應曲線,并由時間響應曲線得到液晶的上升時間和下降時間。
3.測量由液晶光開關矩陣所構成的液晶顯示器的視角特性以及在不同視角下的對比度,了解液晶光開關的工作條件。
4.了解液晶光開關構成圖像矩陣的方法,學習和掌握這種矩陣所組成的液晶顯示器構成文字和圖形的顯示模式,從而了解一般液晶顯示器件的工作原理。
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
將物體放入水中,測量水面上升的幅度,或者放入滿滿的量筒中,測量溢出的水的體積,可以間接得到物體浸入水中的部分的體積
然后將物體沿水平面切割,取下,用天平測量水下部分的質量。
計算得出全部體積。
取一量杯,水面與杯面平齊,想辦法將物體全部浸入水中(如用細針將其按入水中),稱量溢出水的體積即可。
如果容器是個圓柱形,把里面放滿水,然后把物體放入水中,在把物體取出.容器中空的部分就是這個物體的體積.
如果物體不下沉,就把物體上系一個鐵塊放入水中,測出鐵塊和物體的體積,然后再測出鐵塊的`體積,接著用它們的總體積減去鐵塊的體積就得出物體的體積.
● 霍爾效應實驗思想總結 ●
代肖***法律事務
在老師沒有給我們看電影之前,我沒有接觸過宮崎駿的作品。但是第一次看他的這部《霍爾的移動城堡》便被深深的感動了,蘇菲的善良,霍爾的帥氣,特別是他們唯美的愛情,真的很讓人羨慕。記得有一個場景最讓我感動:
當蘇菲讓哈爾逃開戰斗時,哈爾說:“我已經逃得太久了,好不容易找到要保護的人,那就是你……”然后決然而去。哈爾不再膽怯,因為為了保護心愛的人,他變得勇敢起來!
但在現實中,很多人沒有勇氣表達自己的愛,最終錯過了最愛的人
在這部電影里,我最喜歡的就是霍爾。那么霍爾究竟是什么的人呢?我認為他是一個為世所不容的理想主義者。
霍爾第一次露面是在一條安靜的街道上。索菲遇到兩個在街上騷擾她的士兵。霍爾突然出現了。他用一個小指頭把她放了下來。荒野女巫的手下追趕他們,霍爾拉著蘇菲騰空而起,兩個人踩著舞曲的節拍凌空緩步前行,把世間繁華景象踩在腳底。蘇菲像做夢一樣隨霍爾降落陽臺,霍爾手一揮,飛墜而下,消失不見了。
這是一個夢幻般的出場式。霍爾金發碧眼,眉目柔美,眼神迷離,文質彬彬,他英雄救美,溫柔善意,來去如風,神秘浪漫,滿足了少女對于白馬王子的一切幻想。
霍爾第二次出場,是在蘇菲變成老太婆以后。當時蘇菲正在爐火上做飯,霍爾進門,看見家里來了生人,問:“請問,你是誰?
”蘇菲笑說:“我是蘇菲婆婆,就是城堡新請來的清潔婦。”霍爾也沒有多問,搶下蘇菲手里的菜鏟,“請你拿兩片培根和六個雞蛋過來。
”蘇菲把雞蛋和培根遞給霍爾,霍爾沉靜地做飯,把雞蛋一一打到平底鍋里,再把蛋殼扔進火爐。油鍋發出咝咝聲,火焰歡快地升起,霍爾做了一頓豐盛的早餐。后來,他們坐下來和小徒弟馬魯克一起吃飯,就像一家人一樣。
令我驚訝的是,霍爾第二次露面是做家務。他能像大多數單身漢一樣做飯!作為一個魔術師,霍爾走出大廳,走進廚房。他無疑是個好人。
霍爾還有一個優點,他說話很有禮貌。他說話經常用“請”“麻煩你”等禮貌用語,舉止溫文有禮?。在王宮,面對強敵沙里曼夫人,霍爾明知接下來將有一場惡仗,他仍然彎腰向沙里曼夫人行禮,說:
“老師的精神不錯,令人高興。我依約前來了。”風度從容不迫。
只有一次例外。一天,索菲不小心移動了浴室的架子,擾亂了魔法。霍爾的頭發再也不回變回美麗的金色了。他圍著一條浴巾,跌跌撞撞沖下樓,向蘇菲發脾氣:
“蘇菲!你是不是動了浴室的架子了!看,頭發變成這種古怪的顏色了!
”他絕望地大哭,頹然倒在椅子上,“沒救了,真是奇恥大辱……假如不美,活著還有什么意思……”他死一般倒在灶臺上,身上汩汩冒出綠黏液,屋子里陰氣森森,黑暗精靈紛紛舞動,房梁扭曲顫動,綠黏液流了一地。蘇菲不得不把霍爾抱上樓。這場戲略帶喜劇性,揭示了霍爾孩子氣的一面。
霍爾日常懶惰消沉,不講衛生。索菲剛進城堡時,她看到城堡凌亂不堪,橫梁上布滿灰塵,到處都是蜘蛛和爬行動物。我們知道城堡是霍爾的心靈幻覺。城堡里的亂七八糟表明霍爾意志消沉。
但是,霍爾雖然意志消沉,仍然堅持每天去戰場拼殺,他是一個堅定的反戰人士,一心要阻止戰火破壞城鎮。
影片開頭,在蘇菲的帽子店里,姑娘們紛紛議論霍爾:“聽說南町的那個叫瑪莎的女孩,心臟被霍爾拿走了,好可怕!”傳說中霍爾是個惡魔,人人談虎色變,這就好像金庸筆下的一些俠客,比如蕭峰,金蛇郎君,黃藥師,雖然都是頂天立地的人物,卻被“名門正派”視為大魔頭。
在世人看來,特立獨行的人都是古怪的,而特立獨行又極有本事的人,幾乎便是災星無疑了。連王宮御用魔法師沙里曼夫人也認為霍爾非常危險。但作為一個日夜與霍爾相處的人,索菲深信霍爾不是壞人,但為什么大家都說霍爾是那么可怕??
影片末尾,懸念終于揭開。城堡潰散了,蘇菲跌落谷底。絕望中,她發現霍爾送的戒指在動。戒指的光指向城堡的大門。她打開城堡的大門,穿過一條長長的隧道,走進一個房間。
房間里有一張桌子,上面有一張寫滿字的紙,這是霍爾的筆跡。她走出房間,在外面找到霍爾的秘密花園。流星掠過,擊中草地,掉進水里,發出丁丁當當的聲音。一個瘦弱的小男孩遠遠走來,那就是童年時代的霍爾。
蘇菲驚呆了。小男孩站在草地中間。一顆流星從天而降,落入他的手中,射出耀眼的火花。小男孩微笑地捧住流星念念有詞,似乎是在許愿,接著,他仰頭把流星吞了下去。
索菲遠遠地看到了,簡直不敢相信——那就是所謂的合同,所謂的交易。那其實不過是孩子的一個許愿而已!男孩皺著眉頭,彎下腰,抱著胸膛,然后伸出一顆燃燒的心。
火在燃燒,男孩靜靜地站在草坪中間,手里拿著燃燒的心。這是全片最經典的一幕。一瞬間,蘇菲明白了一切。
小男孩霍爾把自己的心握在手中,但他不僅是為了拯救世界,也是為了拯救自己。他不想忠于王國,不想在戰爭中迫害人民,他想爭取一個自由和平的環境。于是,他把自己的心托付給了流星,使流星變成了火魔,并依靠火魔的力量打造了一座強大的移動城堡。
之后,他整天躲在城堡里,躲避國王的召喚,隨時外出阻止戰爭的蔓延。其實,霍爾的愿望只是一個普通孩子的愿望,但正是這個簡單的愿望,在習慣了奴隸制和專制的成人世界里是非常危險的。當霍爾將自己幼小的心挖出來,遠觀的蘇菲明白了一切。
地下忽然裂開,強大的時空要吸蘇菲回去,蘇菲忍不住喊:“霍爾,卡西法,我是蘇菲,等著我!我一定會去找你的!
在未來等我——”她知道他將面臨長期孤獨的處境,她要給他一個愛的約定。霍爾驚異地回過頭,看見一個少女沉入地下不見了。就在他把心交給火魔的那一天,他感受到愛的召喚,于是他一直等待著蘇菲,等待著他的心上人。
直到有一天,他發現城堡里有個叫蘇菲的婆婆,她自稱是清潔工。他知道那是他的情人。他做的第一件事就是抓住她的鏟子給他做一頓豐盛的早餐。
在滿是流星的花園里,霍爾手里拿著一顆燃燒的心,走遠了。這一幕如此感人,又如此令人悲傷。蘇菲在時間隧道里往回走,邊走邊哭。
那只是一個孩子單純的愿望,卻成了做人的全部代價。霍爾自此被世人看作眼中釘,于是他放逐自己,驅使城堡穿越無數大山大海,尋找他的愛人。現在,他的愛人終于來了。
蘇菲走出隧道,看見霍爾化身為大鳥,靜靜守在山谷里等她,她上前,撥開他蓬亂的羽毛,親吻他血跡斑斑的臉龐,說:“霍爾,對不起,你在這里等我,而我卻一直到現在才來。”
這是最感人肺腑的表白。她才知道他一直在等她。他受了那么多苦,獨自奮斗了那么久,但她從來沒有為他分擔過。她感到歉疚。
然后索菲解除了霍爾與卡西法的合同,把心臟放回霍爾的心臟。霍爾收回心臟,卡西法也活了下來。他們重新制造了一個美麗的花園城堡。
支配這所花園城堡的,不再是霍爾那團孤憤叛逆的心火,而是霍爾與蘇菲的愛情。這個大團圓的結局雖嫌老套,倒也說得通。仔細想來,也許只有愛情才能拯救為世所不容的理想主義者,也許只有愛情才會讓沉浸于英雄夢想的男人回家。
這就是霍爾的故事。我喜歡這故事。每個理想主義者心中,都有一個霍爾。一些人已經找到愛,一些人尚沒有,也許終生得不到,而我一直向往著得到這樣的愛情。
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