(14分)如图1所示,载流导体薄板处在垂直于电流方向的磁场中时,在垂直于电流和磁场的方向上会产生电势差,称为霍尔电压UH,这种现象称为霍尔效应。设图1中通过导体的电流为Is,垂直于薄板表面的磁场磁感应强度为B,自由电荷电荷量为q,单位体积内自由电荷的数量为n,薄板的厚度为d,宽度为b

(1)选用上述各量表示霍尔电压UH的值;

(2)技术上应用霍尔效应可以测量未知磁场的磁感应强度,这样的仪器叫做磁强计。

a.请在上问的基础上从原理上说明如何利用霍尔效应测量磁感应强度?

b.当待测磁场发生一很小变化时,测量仪器显示的值变化越大,就称其越灵敏。简要说明如何提高上述测量的灵敏程度?

(3)在一个很小的半导体薄片上,制作四个电极,就成了一个霍尔元件,图2所示的就是一种霍尔元件,将其与电压放大电路等辅助装置连接起来,就可以测量磁场的分布情况。当霍尔元件垂直轴线置于图3所示通电螺线管的正中央位置时,测得霍尔电压UH=72.0mV。已知正中央位置的磁感应强度B=2.4mT,图4为根据沿轴线逐点测量的实验结果绘制的图线,在靠近轴线的区域各处的磁感应强度都和轴线处相差不多。

技术上还常用测量通过小线圈的电荷量的方法探测磁场。若有匝数N=10,直径D=1cm,电阻R=1Ω的圆形线圈与可显示通过其电荷量的仪器相连,把它放在轴线上x=15cm处,然后急速地把它移到磁场外面,运动过程中保持线圈平面与轴线垂直,计算此过程通过它的电荷量。(结果保留两位有效数字)

 0  118750  118758  118764  118768  118774  118776  118780  118786  118788  118794  118800  118804  118806  118810  118816  118818  118824  118828  118830  118834  118836  118840  118842  118844  118845  118846  118848  118849  118850  118852  118854  118858  118860  118864  118866  118870  118876  118878  118884  118888  118890  118894  118900  118906  118908  118914  118918  118920  118926  118930  118936  118944  176998 

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