题目内容
1.霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展.如图1所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足UH=K$\frac{IB}{d}$,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数.某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数.I(×10-3A) | 3.0 | 6.0 | 9.0 | 12.0 | 15.0 | 18.0 |
UH(×10-3V) | 1.1 | 1.9 | 3.4 | 4.5 | 6.2 | 6.8 |
①若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图1所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与M(填“M”或“N”)端通过导线相连.
②已知薄片厚度d=0.40mm,该同学保持磁感应强度B=0.10T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如下表所示.根据表中数据在给定区域内画出UH-I图线(如图2),利用图线求出该材料的霍尔系数为1.5×10-5V•m•A-1•T-1(保留2位有效数字).
③该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图3所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出).为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向b(填“a”或“b”),S2掷向c(填“c”或“d”).为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中.在保持其它连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件S1和E(填器件代号)之间.
分析 ①根据左手定则判断出正电荷所受洛伦兹力的方向,从而确定出偏转的俄方向,得出电势的高低.
②根据表格中的数据作出UH-I图线,根据图线的斜率,结合表达式求出霍尔系数.
③根据电流的流向确定单刀双掷开关的掷向位置.
解答 解:①根据左手定则得,正电荷向M端偏转,所以应将电压表的“+”接线柱与M端通过导线相连.
②UH-I图线如图所示.根据${U_H}=k\frac{IB}{d}$知,图线的斜率为$k\frac{B}{d}$=k$\frac{0.1}{0.4×1{0}^{-3}}$=0.375,
解得霍尔系数为:k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1.
③为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向b,S2掷向c,为了保护电路,定值电阻应串联在S1,E(或S2,E)之间.
故答案为:①M ②如图所示,1.5(1.4或1.6)③b,c;S1,E
点评 本题考查描绘伏安特性曲线的实验,本题的解决关键在于明确霍尔效应的原理,并能灵活运用.掌握描点作图的方法.
练习册系列答案
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