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的大小与和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  271545  271553  271559  271563  271569  271571  271575  271581  271583  271589  271595  271599  271601  271605  271611  271613  271619  271623  271625  271629  271631  271635  271637  271639  271640  271641  271643  271644  271645  271647  271649  271653  271655  271659  271661  271665  271671  271673  271679  271683  271685  271689  271695  271701  271703  271709  271713  271715  271721  271725  271731  271739  447090 

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