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霍尔元件可以用来检测磁场及其变化.图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图.由于磁芯的作用,霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场.测量原理如乙图所示,直导线通有垂直纸面向里的电流,霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱,通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路.所用器材已在图中给出,部分电路已经连接好.为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B;
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(1)制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电,电流从乙图中霍尔元件左侧流入,右侧流出,霍尔元件
 
(填“前表面”或“后表面”)电势高;
(2)在图中画线连接成实验电路图;
(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为e,霍尔元件的厚度为h,为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B,还必须测量的物理量有
 
(写出具体的物理量名称及其符号),计算式B=
 
分析:(1)磁场是直线电流产生,根据安培定则判断磁场方向,再根据左手定则判断负电荷的受力分析,得到前后表面的电势高度;
(2)通过变阻器控制电流,用电压表测量电压;
(3)根据载流子受累积电荷的电场力和洛伦兹力而平衡列式,再根据电流的微观表达式列式,最后联立求解即可.
解答:解:(1)磁场是直线电流产生,根据安培定则,磁场方向向下;电流向右,根据左手定则,安培力向内,载流子是负电荷,故后表面带负电,前表面带正电,故前表面电势较高;
(2)变阻器控制电流,用电压表测量电压,电路图如图所示:
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(3)设前后表面的厚度为d,最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,有:
q
U
d
=qvB
根据电流微观表达式,有:
I=neSv=ne(dh)v
联立解得:
B=
nebU
I

故还必须测量的物理量有:电压表读数U,电流表读数I;
故答案为:
(1)前表面;
(2)如图所示;
(3)电压表读数U,电流表读数I;
nebU
I
点评:本题关键是明确霍耳电压的产生原理,要能够根据平衡条件和电流微观表达式列式分析;还要注意控制电路和测量电路的接法;不难.
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