标题 | 一幅容易误导学生的物理教材插图 |
范文 | 王建永 摘要:笔者认为物理教材对霍尔效应原理的叙述,与提供的插图不符,模糊不清,容易误导学生对该现象的理解。本文阐述了霍尔效应的原理,霍尔元件的特点和应用。 关键词:霍尔元件、效应、原理、应用 中图分类号:G633.7 ? 文献标识码:A ? 文章编号:1992-7711(2019)02-0105 高中教材物理选修3-1(103页)图课-1,由于文字敘述过于简略,容易造成学生困惑。霍尔元件是什么导体?猜想一:金属导体,在金属导体内,导电的是自由电子。自由电子定向运动方向与电流方向相反,那么金属板上侧出现的不是正电荷,而是负电荷,与图中标注的相反。猜想二:半导体,但没有指明是P型半导体还是N型半导体?实际上,根据图上标的方向,应该可以确定出霍尔元件采用的是P型半导体。当然也可能编者目的是让学生进行课题研究,故意浅尝辄止,没有阐述透彻,为了便于学生弄清原理,澄清这个模糊概念,笔者对霍尔效应作一更详细的介绍。 一、什么是霍尔效应 将通有电流的导体置于磁场B之中,磁场B方向与电流IH方向垂直,如图所示,经下面的分析可以得出,在导体中垂直于磁场B方向和电流IH方向上会产生一个横向电势差UH.这种物理现象是美国物理学家霍尔在1879年发现的,因此称为霍尔效应。 霍尔效应对于金属来说现象并不明显,但是对于半导体,现象却非常显著。半导体材料有N型和P型两种,N型半导体载流子为电子,带负电;P型半导体载流子为空穴,相当于带正电的粒子。 二、霍尔效应的原理 三、霍尔效应的应用 利用霍尔效应可以判断半导体材料的导电类型,测定载流子浓度等重要参数,因此霍尔效应是研究半导体材料的重要手段。 由④式可知,如果已知霍尔片的灵敏度KH,只要分别测出霍尔电流IH及霍尔电势UH,就可算出磁场B的大小。由于霍尔效应建立电场所需时间很短(约10-12~10-14s),因此通过霍尔元件的电流采用直流或交流都可以,即利用霍尔效应既能测量直流磁场,也能测量交流磁场。 可以利用霍尔效应制成磁敏传感元件,把磁信号转换成电信号,将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出,使之具备传感和开关的功能。因此,霍尔效应在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到了广泛的应用。 参考文献: [1] 马文蔚.物理学(中册第四版).高等教育出版社,1999(11). [2] 王化祥,张淑英.传感器原理及应用.天津大学出版社,1988(4). (作者单位:陕西省西北工业大学附中 710072) |
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