题目内容
20.一种半导体材料称为“霍尔材料”,用它制成的元件称为“霍尔元件”,这种材料有可定向移动的电荷,称为“载流子”,每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量,即q=1.6×10-19 C.在一次实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽=1.0×10-2 m、长=4.0×10-2 m、厚h=1×10-3 m,水平放置在磁感应强度B=1.5T竖直方向上的匀强磁场中,bc方向通有I=3.0A的电流,如图所示,沿宽度产生1.0×10-5 V的横向电压.(1)假定载流子是电子,a、b两端中哪端电势较高?
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大?
分析 (1)根据左手定则判断出电子的偏转方向,从而确定电势的高低.
(2)抓住电子所受电场力和洛伦兹力平衡求出载流子定向运动的速率.
解答 解:(1)根据左手定则可确定a端电势高.
(2)当导体内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时,受洛伦兹力作用而产生横向分运动,产生横向电场,横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时,导体横向电压稳定.
设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v,横向电压为Uab,横向电场强度为E,电场力为Fe=e•E=e•$\frac{{U}_{ab}}{{L}_{ab}}$,磁场力FB=evB,
平衡时•$\frac{{U}_{ab}}{{L}_{ab}}$•e=evB,得v═6.7×10-4 m/s.
答:(1)a端电势较高;
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率6.7×10-4 m/s.
点评 解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向,以及知道最终电荷受电场力和洛伦兹力平衡.
练习册系列答案
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A. | U=110$\sqrt{2}$V,I=0.2 A | B. | U=110 V,I=0.2 A | ||
C. | U=110 V,I=0.05 A | D. | U=110$\sqrt{2}$V,I=$\frac{{\sqrt{2}}}{5}$A |
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B. | 该称能测量的最大体重是1300N | |
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A. | 物块始终受到三个力作用 | |
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C. | 比较a、b两位置,物块经过b位置时所受的摩擦力较大 | |
D. | 物块经过d位置时,处于超重状态 |