實驗課霍爾效應實驗

大學物理實驗霍爾效應研究內容介紹1，背景知識2，實驗目的3，實驗原理4，實驗內容5，注意事項6，數據記錄7，思考題8，知識拓展9，操作示范霍爾效應是美國物理學家霍爾1879年發現的。霍耳在實驗中發現：放在磁場中導體塊，當通有電流時，除了電流兩端有電勢差，在與磁場、電流均垂直的方向也有電勢差－這就是霍耳效應。ＢＩ一、背景知識一、背景介紹2.霍爾效應應價值。根據霍爾效應原理制備的霍爾元件是一種磁傳感器，可將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制.它具有許多優點：結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，耐震動，不怕灰塵、油污、

水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。二、實驗目的了解霍爾效應微觀機理。測繪試樣的VH-IS

和VH-IM曲線。IMNfm﹢﹢﹢

﹢

﹢EH﹢

﹢

﹢fe1、霍耳效應的微觀機理三、實驗原理？設單位體積內載流子數密度為n，則電流強度為將上式與實驗結果相比，可知：IMN霍爾系數2、電流強度的微觀機理3、測繪曲線基本原理實驗證明：霍耳電勢差①式中K稱作霍耳系數②式中的的為導體塊順著磁場方向的厚度。實驗表明：UH與導體塊的寬度b無關。ＢＩ探頭高斯計測量大電流----幾萬安培具體運用的兩個例子：測量磁場利用此原理制成高斯計測量外界磁場。探頭用霍爾元件制成，通過測量UH，折算成B

。BI用霍爾元件測量大電流周圍的磁場，可推算出動力線中流過的電流I。與B

之間的關再由無限長電流I系可知I

。附：本實驗中磁場及測量?鐵心磁導率

，?鐵心面束縛電流

線圈中的勵磁電流。?（同向？反向？）?等效螺線管?強磁場集中到鐵心內部且均勻！（p182-19.13)?由鐵心（或一定的間隙）構成的磁力線集中的通路叫磁路。四、實驗內容

1，熟悉實驗儀器的面板結構，了解各“調節”旋鈕的作用和注意事項，正確聯線。2，接通電源，預熱5分鐘。

3，保持電流IM＝400mA不變，改變電流Is,測量對應的霍爾電壓VH，繪制VH-Is曲線。

4，保持磁場電流Is＝不變，改變電流IM,測量對應的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線。1.熟悉實驗儀器的面板結構，了解各“調節”旋鈕的作用和注意事項，正確聯線。2，接通電源，預熱5分鐘。3，保持電流IM＝400mA不變，改變電流Is,測量對應的霍爾電壓VH，繪制VH-Is曲線。4，保持磁場電流Is＝不變，改變電流IM,測量對應的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線。五、注意事項：1.請勿移動霍爾片的位置!2.電流和磁場的正負：(上正下負）閘刀向上合時，電流和磁場的為正。3.儀表穩定后方可讀數。和IM千萬不可聯錯。六、數據記錄表表一保持電流IM＝400mA不變，改變電流Is測量對應的霍爾電壓VH，繪制VH-Is曲線。表二：保持工作電流Is＝不變，改變電流IM,測量對應的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線。七、思考題1，霍耳電壓是怎樣形成的？答：霍耳效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用而引起的偏轉。當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉就導致在垂直電流和磁場方向上產生正負電荷的聚積，正負電荷之間的電位差即為霍爾電壓。2，如何觀察不等位效應？如何消除它？答：這是由于測量霍耳電壓的電極A和A‘位置難以做到在一個理想的等勢面上，因此當有電流通過時，即使不加磁場，也會產生附加的電壓V0

＝ISr，其中r為A、A’所在的兩個等勢面之間的電阻。V0的符號只與電流的方向有關，與磁場的方向無關，因此，可以通過改變電流的方向予以消除。量子霍爾效應克利青在1985年獲得了諾貝爾物理獎。八、知識拓展分數量子霍爾效應華裔諾貝爾獲獎者==崔琦九、示范操作實驗中的負效應

在產生霍耳效應的同時，因伴隨著各種副效應。1.不等勢電壓（電極位置上下不一致）2.熱磁效應的直接附加電壓（兩電極電阻不等，發熱不同）。3.熱磁效應的熱效應的附加電壓1（1）不等電勢差不等電勢差是由于霍爾元件的材料本身不均勻，以及電壓輸入端引線在制作時不可能絕對對稱地焊接在霍爾片流過霍爾元件時，在，其方向只隨

方向c3的兩側，如圖所示。因此，當電流電極3、4間也具有電勢差，記為不同而改變，與磁場方向無關。4e2消除負效應的辦法采用電流和磁場換向的對稱測量法，基本上能把副效應的影響從測量結果中消除.實驗二

質粒DNA的分離提取實驗目的了解堿法提取質粒的原理；掌握堿法提取質粒的方法。實驗原理1946年，美國科學家Lederburg首先研究了細菌的性因子,并于1952年由

Lederburg正式命名為質粒。質粒是一種細菌染色體外的、具有自主復制能力的、雙鏈DNA分子，大小可為

1kb到200kb，它隨寄主細胞穩定遺傳。質粒類型?質粒按復制方式分為兩種類型：嚴緊型質粒和松弛型質粒嚴緊型質粒復制要在蛋白質合成時和DNA聚合酶Ⅲ的存在，只隨染色體的復制而復制，拷貝數少，每個細胞只有1－10個。松弛型質粒松弛型質粒的復制需要DNA聚合酶Ⅰ，在細胞生長周期中隨時可以復制，每個細胞中有10－200個以上的拷貝，有的甚至達到上千個。質粒的應用

質粒的特點使質粒成為攜帶外源基因進入細菌中擴增或表達的重要媒介物，這種基因運載工具在基因工程中具有極廣泛的應用價值。大多數基因工程使用松弛型質粒。

嚴緊型質粒用來表達一些可使宿主細胞受毒害致死的基因。三大要素：多克隆位點選擇標記（耐藥性，LacZ）獨立的復制單位T-載體分離質粒DNA方法目前常用的:?堿變性法?煮沸法?SDS法羥基磷灰石層析法堿變性法基本原理在堿性環境中，線性的大分子量細菌染色體DNA變性，而共價閉環質粒DNA仍為自然狀態。將PH調至中性并有高鹽濃度存在的條件下，染色體DNA之間交聯形成不溶性網狀結構，大部分

DNA和蛋白質在去污劑SDS的作用下形成沉淀，

而質粒DNA仍為可溶狀態，通過離心可除去大部分細胞碎片、染色體DNA、RNA及蛋白質，質粒

DNA尚在上清中，再用酚氯仿抽提進一步純化質粒DNA。實驗儀器、材料與試劑（一）儀器恒溫搖床超凈工作臺高壓滅菌鍋高速臺式離心機微量取液器（二）材料含pGEX-4T-2質粒的大腸桿菌JM109。（三）試劑1.LB液體培養基（1L） 胰蛋白胨10g酵母提取物5

gNaCl

10

g加去離子水至800ml攪拌，使溶質完全溶解，用NaOH調節

pH值至，加入去離子水至總體積為1升，高壓蒸汽滅菌20分鐘。LB固體培養基（1L）在上述LB液體培養基（1L）中加入瓊脂粉15g。2.

SolutionⅠ50

mmol/L葡萄糖25

mmol/L

Tris.·Cl

(pH

8.0)10

mmol/L

EDTA

()高壓滅菌后，4℃保存備用。3.

SolutionⅡ(現用現配制)0.2

mol/L

NaOH1%

SDS4.

Solution

Ⅲ（100

ml） 5mol/L

KAc

60

ml冰醋酸11.5

ml水28.5

ml配制成的溶液Ⅲ含3

mol/L鉀鹽、5

mol/L醋酸 （）。5.氨芐青霉素（Amp）用無菌水配制成100

mg/ml溶液，置-20℃冰箱保存備用。胰RNA酶將胰RNA酶（RNA酶A）溶于10mmol/L

(pH

7.5)、15

mmol/L

NaCl中，

配成10

mg/ml的濃度，于100℃加熱15分鐘，緩慢冷卻至室溫，分裝成小份保存于-20℃。7.氯仿，乙醇，70%乙醇。質粒提取的實驗步驟1.用滅菌的牙簽挑取單菌落放入50ml

LB液體培養基（含Amp0.1

mg/ml

）中，37℃振蕩培養過夜；2.將菌液倒入1.5

ml

Eppendorf管中，10,000

rpm離心30秒，去掉上清液，重復兩次；3.加入100μL

SolutionI漂洗沉淀，倒盡液體；4.加入100μL用冰預冷的SolutionI,渦旋使沉淀充分懸浮，室溫放置5分鐘；5.加入200μL

SolutionII，混勻（快速顛倒混勻30次，注意動作輕），室溫放置2min。6.加入150μL用冰預冷的SolutionIII，溫和顛倒混勻（注意動作輕），冰浴放置2－5min。7.12,000rpm，離心10min，將上清移至1個新Eppendorf管中，注意所取體積（約400

μL

）。6.加入等體積氯仿（約400

μL

），混勻（注意動作輕）。12,000rpm，4℃，離心10min，取上清液。7.上清液中加入預冷的等體積異丙醇，-20℃沉淀

20~30

min。8.12,000

rpm離心15

min。9.去上清，沉淀加入500μL

70%乙醇洗滌2次（

12,000

rpm離心3分鐘）。10.去掉上清（注意沉淀勿丟失），室溫或真空干燥沉淀。11.每管中加入25μL無菌水1μL

RNase，37℃溶解質粒DNA。實驗結果及討論堿法提取質粒的注意事項試劑盒操作方法【實驗步驟】1、將培養好的1～2

ml細菌12,000

rpm離心2min，去上清。2、加250

μl

Solution

I，用槍頭或振蕩器充分懸浮細菌。

3、加入250μlSolution

II，立即上下顛倒5～10次，使細菌裂解，室溫放置2分鐘。

4、加入400μlSolution

III，立即上下顛倒5～10次，使之充分中和，室溫放置2-4分鐘。5、12,000

rpm離心，10分鐘。

6、將步驟5中的上清轉移到套放于2.0ml收集管內的spin

column柱中，12,000rpm室溫離心60秒。倒掉收集管中的液體，將吸附柱放入同一個收集管中。

7、向吸附柱中加入500微升的RnaseA,12,000rpm離心30秒。倒掉收集管中的液體，將吸附柱放入同一個收集管中。8、向吸附