霍尔效应法测量磁场数据处理及误差分析

关于霍尔效应的数据处理：

3.50 4.00

6.94 7.80

-0.99 -1.26图2

2.84 3.11

-5.09 -5.94

3.97 4.53

5 4.5 4 3.5

VH(mV)

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0.5 1 1.5 2 Is(mA) 2.5 3 3.5 4

X (cm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

V1(mV)+B,+IS

V2(mV)-B,+IS

V3(mV)-B,-IS

V4(mV) VH +B,-IS

V1 V2 V3 V4(mV)

4

5.48 6.59 7.20 7.46 7.58 7.66 7.71 7.73 7.74 7.75 7.75 7.77 7.78 7.79

1.03 -0.06 -0.67 -0.93 -1.05 -1.12 -1.17 -1.18 -1.20 -1.19 -1.21 -1.21 -1.23 -1.24

0.83 1.94 2.55 2.80 2.93 3.01 3.05 3.06 3.07 3.07 3.08 3.10 3.11 3.09

-3.61 -4.70 -5.32 -5.57 -5.70 -5.77 -5.82 -5.84 -5.85 -5.

霍尔效应和霍尔元件特性测定数据处理范例

1．霍尔元件的不等位电势差测定

（1）表一：霍尔元件不等位电势差与工作电流数据表（IM?0）

2.00 0.12 2.50 0.15 3.00 0.18 Is/mA 0.00 0.50 0.03 1.00 0.06 1.50 0.09 V/mV 0.00

（2）在坐标纸上作出不等位电势差与工作电流的关系曲线。

0.2V-IsV/mV0.10.00123Is/mA图1：不等位电势差与工作电流的关系曲线

2．励磁电流一定，霍尔元件灵敏度测定（仪器公差取数字仪表显示数据末位的5倍，如霍尔工作电流示值误差：?mIS?0.05mA；霍尔电压示值误差：?mVH?0.05mV；励磁电流示值误差：?mIM?0.005A）

⑴ 霍尔电压与霍尔电流关系测试数据表：

表二： 霍尔电压与霍尔电流关系数据表格（VH?IS）,IM?500mA

VH?V1?V2?V3?V4(mV) 4IS(mA) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) ?IS,?IM 0.25 0.50 0.75 1.00 0.28 0.56 0.85 1.12 ?IS,?IM －0.23 -0.44 -0.67 -0.88 ?IS,?IM 0

利用霍尔效应测量磁场

【教学目的】

1.使学生了解霍尔电压产生的机制； 2.使学生学会用霍尔元件测量磁场的基本方法

【重点与难点】

重点：霍尔效应产生的原理; 难点：1、霍尔电压的产生机制 ；

2、消除附加效应的方法

【实验内容】

1． 霍尔元件输出特性测量（测绘VH-IS曲线。VH-IM曲线） 2． 测绘螺线管轴线上磁感应强度的分布曲线

【教学方法】

口头讲述、板书、实验演示

【教学过程设计】 1、 内容的引入：

提问 ：

（1）、 电荷在磁场中作切割磁力线的运动会受到什么力的作用？这个力会使电荷的运

动发生怎样的变化？

（洛伦兹力；圆周运动） （2）、什么是霍尔效应？ 霍尔电压是怎样产生的？ （ 见实验原理） 2、 重点讲解

（一）、实验原理 （1）霍尔效应

霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如图所示，磁场B

位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它

利用霍尔效应测量磁场

【教学目的】

1.使学生了解霍尔电压产生的机制； 2.使学生学会用霍尔元件测量磁场的基本方法

【重点与难点】

重点：霍尔效应产生的原理; 难点：1、霍尔电压的产生机制 ；

2、消除附加效应的方法

【实验内容】

1． 霍尔元件输出特性测量（测绘VH-IS曲线。VH-IM曲线） 2． 测绘螺线管轴线上磁感应强度的分布曲线

【教学方法】

口头讲述、板书、实验演示

【教学过程设计】 1、 内容的引入：

提问 ：

（1）、 电荷在磁场中作切割磁力线的运动会受到什么力的作用？这个力会使电荷的运

动发生怎样的变化？

（洛伦兹力；圆周运动） （2）、什么是霍尔效应？ 霍尔电压是怎样产生的？ （ 见实验原理） 2、 重点讲解

（一）、实验原理 （1）霍尔效应

霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如图所示，磁场B

位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它

第一章 实验误差评定和数据处理 （课后参考答案）

制作：李加定 校对：陈明光

3.改正下列测量结果表达式的错误：

（1）12.001?0.000 625 （cm） 改:12.0010?0.0007（cm） （2）0.576 361?0.000 5（mm） 改: 0.576 4?0.000 5（mm） （3）9.75?0.062 6 （mA） 改: 9.75?0.07 （mA） （4）96 500?500 （g） 改: 96.5?0.5 （kg） （5）22?0.5（℃） 改: 22.0?0.5（℃） 4.用级别为0.5，量程为10 mA的电流表对某电路的电流作10次等精度测量，测量数据如下表所示。试计算测量结果及标准差，并以测量结果形式表示之。 n I/mA 1 9.55 2 3 4 9.53 5 9.60 6 9.40 7 9.57 8 9.62 9 9.59 10 9.56 9.56 9.50 解：①计算测量列算术平均值I：

110I??Ii?9.548 (mA)

10i?1②计算测

第二章 误差和分析数据处理习题

一、最佳选择题

1. 如果要求分析结果达到0.1%的准确度，使用灵敏度为0.1mg的天平称取试样时，至少应称取（ ）

A. 0.1g B. 0.2g C. 0.05g D. 0.5g 2. 定量分析结果的标准偏差代表的是（ ）。

A. 分析结果的准确度 B. 分析结果的精密度和准确度 C. 分析结果的精密度 D. 平均值的绝对误差

3. 对某试样进行平行三次测定，得出某组分的平均含量为30.6% ，而真实含量为 30.3% ，则 30.6%-30.3%=0.3% 为（ ）

A. 相对误差 B. 绝对误差 C. 相对偏差 D. 绝对偏差 4. 下列论述正确的是：（ ） A. 准确度高，一定需要精密度好； B. 进行分析时，过失误差是不可避免的； C. 精密度高，准确度一定高； D. 精密度高，系统误差一定小；

5. 下面哪一种方法不属于减小系统误差的方法（ ）

A. 做对照实验 B. 校正仪器

大学物理实验指导书

测量误差及数据处理

物理实验的任务不仅是定性地观察各种自然现象，更重要的是定量地测量相关物理量。而对事物定量地描述又离不开数学方法和进行实验数据的处理。因此，误差分析和数据处理是物理实验课的基础。本章将从测量及误差的定义开始，逐步介绍有关误差和实验数据处理的方法和基本知识。误差理论及数据处理是一切实验结果中不可缺少的内容，是不可分割的两部分。误差理论是一门独立的学科。随着科学技术事业的发展，近年来误差理论基本的概念和处理方法也有很大发展。误差理论以数理统计和概率论为其数学基础，研究误差性质、规律及如何消除误差。实验中的误差分析，其目的是对实验结果做出评定，最大限度的减小实验误差，或指出减小实验误差的方向，提高测量质量，提高测量结果的可信赖程度。对低年级大学生，这部分内容难度较大，本课程尽限于介绍误差分析的初步知识，着重点放在几个重要概念及最简单情况下的误差处理方法，不进行严密的数学论证，减小学生学习的难度，有利于学好物理实验这门基础课程。

§1.1物理量的测量

一、测量与单位

物理实验不仅要定性的观察物理现象，更重要的是找出有关物理量之间的定量关系。因此就需要进行定量的测量，以取得物理量数据的表征。对物理量进行测量，是物理

西华大学《大学物理实验》习题

误差理论与数据处理

学号: ____________ 姓名: __________ 专业: _____________ 评分: _______

上课时间: 第____周星期____上午[ ]下午[ ]晚上[ ]

请将1-24小题的答案对应地填在下表中

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

一、 单选题（每小题3分，共36分）。

1. 采用“四舍六入五单双”法，将下列各数据取为2位有效数字（修约间隔为0.1），其

结果正确的是：

A. 2.750→2.7 B. 2.650→2.6 C. 2.65001→2.6 D. 2.6499→2.7

2. 自然数6的有效数字位数为：

A. 1位 B. 2位 C. 3位 D. 无穷位

3. L=0.1010m的有效数字位数为：

A. 2位 B. 3位 C. 4位 D. 5位

4. V=2.90×103m/s的有效数字位数为

霍尔效应及其应用实验(FB510A型霍尔效应组合实验仪)

（亥姆霍兹线圈、螺线管线圈）

实 验 讲 义

长春禹衡时代光电科技有限公司

实验一 霍尔效应及其应用

置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，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。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。

【实验目的】

1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。

2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的VH~IS 和VH~IM 曲线。 3．确定试样的导电类型。

【实验原理】

1．霍尔效应：

霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场EH 。如图1所示的半导体试样，若在

测量误差及数据处理-部分习题参考答案：

⒈按照误差理论和有效数字运算规则改正错误：

⑴ d （10.345 0.02）cm

改正为：d (10.34 0.02)cm

⑵ t （85.0 4.5）s

改正为：t (85 5)s

⑶ Y (1.94 1011 5.79 109)N/m2

改正为：Y (1.94 0.06) 1011N m-2

⑷ 2000mm 2m

改正为：2000mm 2.000m

⑸ 1.252 1.5625

改正为：1.252 1.562

11⑹ V d3 (6.00)3 1 102 66

改正为：V

⑺ 131 d 3.142 (6.00)3 113.1 66400 1500 600000 12.6 11.6

400 1500400 150 101

改正为： 6.00 105 12.6 11.61.0

3. 按有效数字运算规则计算下列各式：

⑴ 343.37 75.8 0.6386 343.37+75.8+0.64=419.8

⑵ 88.45 8.180 76.54 3.73

⑶6.92 105 5.0 1.0 102

6.92 105 0.000050 105 0.0010 105 6.92 105

5（加减运算的三个数中末位数量级最