基于應(yīng)用霍爾效應(yīng)法測螺線管磁場的實驗教學(xué)探討

摘 要：在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，要設(shè)計實驗教學(xué)方案，以達到實驗教學(xué)效果好，實驗誤差小，有效地培養(yǎng)學(xué)生的實驗綜合能力以及求實的科學(xué)精神和團結(jié)協(xié)作精神的目的。

關(guān)鍵詞：霍爾效應(yīng) 磁場 教學(xué)方案 綜合能力

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1578（2015）10-0028-01

大學(xué)物理實驗是理工科學(xué)生進入大學(xué)后所開設(shè)的一門重要的基礎(chǔ)性實驗課程，其目的是使學(xué)生養(yǎng)成一個好的實驗習(xí)慣和嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的實驗觀察能力，實驗操作能力，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，總結(jié)、歸納和撰寫實驗報告的能力，團結(jié)協(xié)作精神和創(chuàng)新意識等。

1 實驗中學(xué)生存在的主要問題[1]

大多數(shù)學(xué)生對實驗?zāi)康牟幻鞔_，實驗原理不清楚，實驗內(nèi)容和步驟不熟悉，在沒有老師的指導(dǎo)下基本上不能獨立完成實驗。另外，在實驗中不能用所學(xué)的物理理論知識去分析觀察到的實驗現(xiàn)象和判斷所測實驗數(shù)據(jù)的正誤，團結(jié)協(xié)作精神和動手、動腦的能力較差。撰寫實驗報告不規(guī)范，大部分學(xué)生的實驗報告抄書，缺乏歸納、總結(jié)能力和對實驗數(shù)據(jù)的處理能力等。

2 實驗教學(xué)方案的設(shè)計

為了解決和克服以上存在的問題，提高實驗教學(xué)的效果，設(shè)計合適的實驗教學(xué)方案是非常重要的。

2.1課外引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)實驗

借助網(wǎng)絡(luò)把要完成該實驗必須掌握的幾個關(guān)鍵問題上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂。（1）霍爾效應(yīng)法測螺線管磁場的原理是什么？（2）測量磁感應(yīng)強度要測的關(guān)鍵物理量是什么？（3）采用什么方法測霍爾電壓？讓學(xué)生針對性的預(yù)習(xí)實驗，老師在網(wǎng)上答疑，提高實驗預(yù)習(xí)的效果。

借助網(wǎng)絡(luò)把實驗儀器的操作使用上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂。拍攝教師介紹使用實驗儀器螺線管磁場實驗儀和螺線管磁場測試儀測量霍爾電壓的視頻并上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂，讓學(xué)生身臨其境，這比起只看實驗教材中的圖片和文字介紹更容易讓學(xué)生掌握實驗儀器的使用。

借助網(wǎng)絡(luò)把預(yù)習(xí)實驗報告的樣本上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂。學(xué)生進入大學(xué)后第一次寫實驗預(yù)習(xí)報告，不知道怎么寫。把預(yù)習(xí)實驗報告的樣本上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂以供學(xué)生參考，讓學(xué)生能比較規(guī)范的寫出預(yù)習(xí)實驗報告。

2.2考查學(xué)生預(yù)習(xí)實驗的效果

在上課前首先檢查學(xué)生是否按要求完成了預(yù)習(xí)報告，然后隨機抽查每個小組成員對實驗預(yù)習(xí)中提出的幾個問題，由每小組學(xué)生共同回答，并作為預(yù)習(xí)實驗成績。這樣有利于促使學(xué)生認真預(yù)習(xí)實驗，提高預(yù)習(xí)實驗的效果。再者，老師可根據(jù)學(xué)生回答問題的情況、針對性地對實驗進行現(xiàn)場講解和指導(dǎo)，提高實驗教學(xué)效率。

2.3提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。通過介紹霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用來提高學(xué)生對該實驗的興趣。

2.3.1霍爾效應(yīng)及其發(fā)展

霍爾效應(yīng)[2]是載流試樣在與之垂直的磁場中由于載流子受洛侖茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而在垂直于試樣和磁場方向的試樣兩個端面上產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象?；魻栃?yīng)在不斷的發(fā)展和應(yīng)用，

馮·克利青在極強磁場和極低溫度下發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)，它的應(yīng)用大大提高了測量有關(guān)基本常數(shù)的準(zhǔn)確性。科學(xué)家們在2010年的研究中發(fā)現(xiàn)了無需外磁場的量子霍爾效應(yīng)（量子化反?；魻栃?yīng)），這一發(fā)現(xiàn)為低能量耗散的新型電子器件設(shè)計指出了一個新的發(fā)展方向。

2.3.2霍爾效應(yīng)的應(yīng)用[3]

利用霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件是一種磁電轉(zhuǎn)換元件，又稱霍爾傳感器?；魻杺鞲衅鞅挥迷谌粘Ｉ钏玫碾娖魅缦匆聶C、錄像機、電飯煲、電冰箱等中。同時它在工程技術(shù)和科學(xué)技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用，如確定半導(dǎo)體的類型、確定載流子的濃度、測量磁場強度、測量電流強度、測量微小位移、壓力傳感器、車用傳感器、電磁無損探傷、磁流體發(fā)電等?；魻杺鞲衅髟陲w機、軍艦、航天器、新軍事裝備及通訊中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。

2.4重點講授，指導(dǎo)學(xué)生做實驗

用霍爾效應(yīng)法測螺線管磁場是采用的間接測量法。教師重點講授是怎樣得出用霍爾效應(yīng)法測螺線管磁場的原理式B=■ [4]？為什么要采用電流和磁場換向的對稱測量法來測量霍爾電壓[5]？教師邊講邊演示電流和磁場換向的對稱測量法測量霍爾電壓的方法[6]。然后教師對學(xué)生進行個別指導(dǎo)和答疑，并對學(xué)生所測的原始數(shù)據(jù)進行檢查簽字。

2.5指導(dǎo)學(xué)生撰寫規(guī)范的實驗報告

實驗報告是在預(yù)習(xí)報告的基礎(chǔ)上進行補充、修改和完善。它包括實驗名稱、實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗器材、實驗?nèi)容和步驟、實驗數(shù)據(jù)記錄、實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗誤差討論。把往屆學(xué)生寫得較好的實驗報告上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂上讓學(xué)生作為參考。教師著重講解實驗數(shù)據(jù)的分析和處理，培養(yǎng)學(xué)生處理和分析實驗數(shù)據(jù)的能力。

3 結(jié)語

總之，要提高大學(xué)物理實驗教學(xué)效果，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中要采用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生的實驗綜合素質(zhì)和能力。

參考文獻：

[1]王本菊.理工科學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗的現(xiàn)狀及其對策[J].四川師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013第36卷.

[2][4][5][6]蒲利春，王本菊.大學(xué)應(yīng)用物理實驗[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2005.08.

[3]王本菊.霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用[J].中國校外教育，2011.06.