霍尔效应
欢迎对本项目感兴趣的老师加我微信61866261,我会把大家拉到讨论群。欢迎各位老师提出宝贵意见
已在网页上登记的名单。请还没登记的老师抓紧时间登记! — 白洪亮 2019/12/17 11:28
历史版本
-
-
-
-
V3.0是对以往版本内容的简化,并吸收了熊老师PPT内容和迟老师的建议。水平有限,真心盼望大家多提宝贵意见!
修改中的版本
1、科学素养
背景知识:
1879-1881年,美国物理学家埃德温·赫伯特·霍尔(Edwin Herbert Hall)发现,如果在金属中通上电流并在垂直电流的方向加上磁场,在同时垂直电流和磁场的方向会产生横向电场。霍尔在普通金属和铁磁金属中都看到了这种现象。其中,在普通金属中看到的这种现象经研究确认是金属中的运动电荷(载流子)在磁场中受到洛伦兹力作用而在横向两侧产生电荷积累的结果,这类现象一般被称为普通霍尔效应或者直接被称为霍尔效应。在铁磁金属中观测到的现象与普通霍尔效应差别较大,被称为反常霍尔效应。后来,其他的研究者又陆续发现了量子霍尔效应,自旋霍尔效应,量子自旋霍尔效应等新奇的现象。
霍尔效应的发现为更准确地测量非磁性材料中的载流子浓度提供了一种简单、美妙的工具,推动了半导体物理和固态电子学的发展,因而霍尔效应经常被称为固态输运实验之女王。
成功原因:发现问题,认真思辨,勇于质疑,求是创新
授课思路:重温经典,领悟思路,勇于探索,因材施教
核心技能:质疑学习法,控制变量法,综合比较法,对称消除法
与现代科学技术的结合:
启示:
尊重科学,勤于思考,勇于质疑,挑战权威!
不怕失败,反复实践,弃而不馁,勇往向前!
2、分层次实验教学内容
a)基础内容
了解霍尔电压产生的原因
了解霍尔元件的基本结构
掌握利用霍尔效应测量磁感应强度的原理和方法
掌握利用霍尔效应确定材料导电类型和测量载流子浓度的原理和方法
利用霍尔效应验证螺线管轴线磁场分布规律
b)提升内容
了解影响霍尔效应准确测量的四种典型副效应的产生规律
掌握利用控制变量法验证霍尔电压与外加磁场、工作电流等物理量的关系的实验方法
掌握利用综合比较法、量级分析法确定副效应影响程度的实验方法
掌握利用对称消除法(交替测量法的一种)消除或减小副效应影响的实验方法
掌握利用基于霍尔效应制成的磁传感器验证亥姆霍兹线圈轴向和径向磁场分布规律的方法
掌握利用霍尔效应和电导率组合测量获得材料和器件载流子迁移率的方法
c)进阶内容
了解温度对霍尔磁传感器测量精度的影响及解决办法
了解用于制作霍尔元件的材料种类及不同的应用场景
掌握利用霍尔效应测量材料载流子浓度温度特性的实验方法
掌握利用载流子浓度温度特性分析半导体材料能带结构的方法
掌握交流霍尔效应(交变磁场或者交变工作电流)的物理机制和测量原理
了解反常霍尔效应的实验规律和理论解释
d)高阶内容
了解自旋霍尔效应、量子霍尔效应的物理机制和测量方法
对比了解基于霍尔效应、磁阻效应、巨磁阻效应等物理效应的磁传感器的灵敏度、线性程度、量程、温度效应等主要特征和应用领域
了解霍尔线性集成电路的基本原理和应用
了解霍尔开关集成电路的工作原理和应用
设计基于霍尔效应的位移传感器
设计基于霍尔效应的角位移传感器
设计基于霍尔效应的转速传感器
了解基于霍尔效应的传感器在常见交通工具(如汽车、电动车)中的应用
3、能力培养
学习能力:质疑学习法
实验方法:控制变量法,综合比较法,对称消除法
实践能力:利用霍尔效应解决实际问题
4、知识点
霍尔电压,不等位电势差,横向电压,热磁效应,对称消除法,螺线管与亥姆霍兹线圈轴线磁场分布特征,载流子浓度,霍尔线性集成电路,霍尔开关集成电路
5、学科关联
材料科学,微电子技术,自旋电子学,汽车工程,测量技术,机械工程,自动化技术
6、延伸实验
讨论区
欢迎大家留言讨论! —
乐永康 2019/12/05 13:01
欢迎各位老师一起补充!
请霍尔效应题目的老师加我微信61866261!
请各位老师提供开展霍尔效应的资料,所用设备的型号、参数,以便有针对性的讨论!范围可包括普物和近代实验相关内容!
国外高校开设霍尔效应实验的情况有时间大家也调研一下,打开视野,拓宽思路!
大家可以把工作化整为零,工作生活间隙上来看一看,谈一谈。
谢谢复旦老师提供的网站平台,很好用,特别适合我们这个工作。用几次就习惯了! 发言后面别忘了插入签名,里面会有发言者的名字和时间 —
白洪亮 2019/12/17 12:19
很赞! —
乐永康 2019/12/12 16:21
讨论会备忘:
提升阶段引入反常霍尔效应
突出物理性
实验的作用和意义,过去的意义,现在的意义,未来的意义,实验的价值和意义
拍摄视频的方式和格式
来自部分老师建议:增加交流霍尔效应