23.(北京卷)(18分)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。

如图1,将一金属或半导体薄片垂直至于磁场B中,在薄片的两个侧面间通以电流时,另外两侧间产生电势差,这一现象称霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用相一侧偏转和积累,于是间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EH和UH达到稳定值,UH的大小与以及霍尔元件厚度之间满足关系式,其中比例系数RH称为霍尔系数,仅与材料性质有关。

(1)设半导体薄片的宽度(间距)为,请写出UH和EH的关系式;若半导体材料是电子导电的,请判断图1中哪端的电势高;

(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e,请导出霍尔系数RH的表达式。(通过横截面积S的电流,其中是导电电子定向移动的平均速率);

(3)图2是霍尔测速仪的示意图,将非磁性圆盘固定在转轴上,圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体,相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时,霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图3所示。

a.若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为,请导出圆盘转速的表达式。

b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除除此之外,请你展开“智慧的翅膀”,提出另一个实例或设想。

解析:

(1)由                            ①

得                                   ②

当电场力与洛伦兹力相等时                    ③

得                                 ④   

将  ③、④代入②,

得    

(2) a.由于在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,则

           P=mNt

圆盘转速为      N=

b.提出的实例或设想    

 0  137252  137260  137266  137270  137276  137278  137282  137288  137290  137296  137302  137306  137308  137312  137318  137320  137326  137330  137332  137336  137338  137342  137344  137346  137347  137348  137350  137351  137352  137354  137356  137360  137362  137366  137368  137372  137378  137380  137386  137390  137392  137396  137402  137408  137410  137416  137420  137422  137428  137432  137438  137446  447348 

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