自制霍爾效應(yīng)演示實驗

袁維兵

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類傳感器的應(yīng)用開始得到普及，而作為傳感器的一種--霍爾傳感器。它在流體測速并計量的領(lǐng)域的到廣泛應(yīng)用，如加油站等。對帶電粒子在復(fù)合場中的運動實例“霍爾效應(yīng)”的實驗進行研究開發(fā)，現(xiàn)有教材既沒有對霍爾效應(yīng)進行嚴密推導(dǎo)又沒有實驗演示，很不利于教師教和學(xué)生學(xué)。而帶電粒子在復(fù)合場中的運動分析又是高考重點和難點。而對霍爾效應(yīng)的理解是此類問題分析的基礎(chǔ)，所以我們在很多資料上都能看到霍爾效應(yīng)的實例分析。該項目設(shè)計讓強電解質(zhì)NaCl溶液流過由強磁釹鐵硼磁鐵所形成的磁場產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，使得Na+離子和Cl-l離子受到方向相反的洛倫茲力分別向相反的方向運動，由于這些正負離子的分離與積累，在液體內(nèi)就會形成電場，從而在兩銅板電極上產(chǎn)生電動勢。再通過實驗用的數(shù)字電表測電流，就很直觀的看到了霍爾效應(yīng)。改變了由直接向?qū)W生傳授定律向?qū)W生實驗探究的轉(zhuǎn)變，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理解能力;又讓學(xué)生學(xué)習(xí)了實驗設(shè)計的方法。讓學(xué)生對帶電粒子在復(fù)合場中的運動的分析與理解更加完美。

關(guān)鍵詞：霍爾效應(yīng) 復(fù)合場 電解質(zhì)

一、設(shè)計思路

原型啟發(fā)：隨著科技的發(fā)展，新材料稀有金屬釹鐵硼磁鐵的發(fā)明大大提高了永久磁鐵的磁感應(yīng)強度（最大能達0.9T），使很多涉及磁場的實驗變?yōu)榭赡堋?/p>

設(shè)計思路：霍爾效應(yīng)的應(yīng)用，讓流動的NaCl溶液通過由稀有金屬釹鐵硼磁鐵所形成的強磁場，由于鈉離子和氯離子帶異種電荷，它們在同一磁場中受方向相反的洛倫茲力偏向兩邊，從而形成電場。

二、設(shè)計原理

（1）如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體（Nacl溶液）流過導(dǎo)管.導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負離子）在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，從而在ab間形成電場和電勢差，當自由電荷所受的洛倫茲力與電場力平衡時，ab間電勢差最大并達到穩(wěn)定。由Bqv=qE=qu/d得U=Bdv，從而在閉合回路中形成電流。

三、設(shè)計方案

實驗器材：有機玻璃水槽 數(shù)字電表 導(dǎo)線 釹鐵硼強磁 食鹽 純凈水

操作步驟：

（1）先用導(dǎo)線將水槽兩邊的接線柱與數(shù)字電表連接好，并將表選擇在DC200mA檔。

（2）將釹鐵硼強磁放在水槽下面，先用純凈水進行演示，看電流表有無讀數(shù)，并重復(fù)試驗。

（3）再用Nacl溶液進行實驗看電流表有無讀數(shù)，并重復(fù)試驗。

（4）得出結(jié)論并整理器材。實驗效果：

教室里面直接放在講臺上操作即可，全班同學(xué)都能很清楚的看到整個過程，效果很好。

實驗設(shè)計的優(yōu)點和使用價值（1）實驗器材簡單，而且常見.（2）實驗操作簡單，無安全隱患;（3）由于數(shù)字電表靈敏而且精度高，從而實驗時間短、效果好、效率高;

（4）實驗過程可循環(huán)操作，便于反復(fù)觀察現(xiàn)象，成功率達100%;

（5）該實驗填補了教材缺陷——無實驗論證

（6）更加鞏固了帶電粒子在復(fù)合場中的運動，突破了本章的重點和難點

（7）方便教師自己制作，也方便電教站統(tǒng)一制作推廣，對開發(fā)學(xué)生智力而言，這個實驗可稱為小投資、大收獲;