霍尔效应及其应用_章节学习

1

题型：简答题

|

简答题

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，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．

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______（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，利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10-3V•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2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______（填“a”或“b”），S2掷向______（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______和______（填器件代号）之间．

正确答案

解：①由于导电空穴为带正电的粒子，由电流方向和磁场方向结合左手定则可判断出正粒子向M板偏转，故M板的电势高，电压表的“+”接线柱应与M端连接．

②根据表格数据，在坐标纸上描点、连线，注意使图线尽可能多的穿过坐标点，不在线上的点均匀分布在线的两侧，误差较大的点予以舍去；

UH-I图线如图所示．

根据UH=k 知，

图线的斜率为k=k=0.375，

解得霍尔系数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；②1.5（1.4或1.6均算正确）； ③b，c，S1，E（或S2，E）．

解析

解：①由于导电空穴为带正电的粒子，由电流方向和磁场方向结合左手定则可判断出正粒子向M板偏转，故M板的电势高，电压表的“+”接线柱应与M端连接．

②根据表格数据，在坐标纸上描点、连线，注意使图线尽可能多的穿过坐标点，不在线上的点均匀分布在线的两侧，误差较大的点予以舍去；

UH-I图线如图所示．

根据UH=k 知，

图线的斜率为k=k=0.375，

解得霍尔系数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；②1.5（1.4或1.6均算正确）； ③b，c，S1，E（或S2，E）．

1

题型：多选题

|

多选题

（2015秋•黄石期末）霍尔效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中，例如应用霍尔效应测试半导体是电子型还是空穴型，研究半导体内载流子浓度的变化等．在霍尔效应实验中，如图所示，ab宽为1cm，ad长为4cm，ae厚为1.0×10-3cm的导体，沿ad方向通有3A的电流，当磁感应强度B=1.5-5的匀强磁场垂直向里穿过abcd平面时，产生了1.0×10-5V的霍尔电压，（已知导体内定向移动的自由电荷是电子），则下列说法正确的是（　　）

A在导体的上表面聚集自由电子，电子定向移动的速率v=×10-3（m/s）

B在导体的前表面聚集自由电子，电子定向移动的速率v=×103（m/s）

C在其它条件不变的情况下，增大ad的长度，可增大霍尔电压

D每立方米的自由电子数为n=2.8×1029个

正确答案

A,D

解析

解：A、根据左手定则可得，载流子受力的方向向上，所以向上运动，聚集在上极板上．所以在导体的上表面聚集自由电子．

稳定时载流子，在沿宽度方向上受到的磁场力和电场力平衡evB=

解得v===×10-3m/s．故A正确，B错误；

C、稳定时载流子，在沿宽度方向上受到的磁场力和电场力平衡evB=

所以在其它条件不变的情况下，增大ab的长度，可增大霍尔电压．故C错误；

D、根据电流的微观表达式得，I=nqSv

则单位体积内的载流子个数n===2.8×1029个．故D正确．

故选：AD．

1

题型：简答题

|

简答题

用如图所示的装置可以测量磁感应强度B的值，取一长方体金属块置于匀强磁场中，磁场方向垂直于金属块前后两个侧面，左右两侧面接入电路中，测得流过长方体金属块的电流大小为I，用理想电压表测得长方体上下两表面的电势差大小为U，已知长方体金属块的长、宽、高分别为a、b、c，查得该金属材料单位体积内的自由电子数为n，电子的电荷量为e，则可以测出磁感应强度B的值为______．

正确答案

解：由电流定义式：I===enbcv，

则电子平均速率：v=；

电子通过金属板，电子受到的电场力与洛伦兹力大小相等，方向相反，

则：evB=e，

磁感应强度：B=，

故答案为：．

解析

解：由电流定义式：I===enbcv，

则电子平均速率：v=；

电子通过金属板，电子受到的电场力与洛伦兹力大小相等，方向相反，

则：evB=e，

磁感应强度：B=，

故答案为：．

1

题型：单选题

|

单选题

高血压已成为危害人类健康的一种常见病，现已查明，血管变细是其诱因之一．为研究这一问题，我们可做一些简化和假设：设血液通过一定长度血管时受到的阻力f与血液流速v成正比，即f=kv（其中k与血管粗细无关），为维持血液匀速流动，在这血管两端需要有一定的压强差．设血管内径为d时所需的压强差为△p，若血管内径减为d′时，为了维持在相同时间内流过同样多的血液，压强差必须变为（　　）

A△p

B（）2△p

C（）3△p

D（）4△p

正确答案

D

解析

解：根据血液是匀速流动，说明受力平衡，即血压产生的压力等于阻力，

则在正常情况下有：△pS=F=f=kv…①

血管变细后有：△p′S′=F′=f′=kv′…②

因为在相同时间内流过的血液量不变，则有：S•v•t=S′v′t，即S•v=S′v′

又因为S=π，所以==-------③

①②③联立，解得：△p′===（）4△p．

故选：D．

1

题型：多选题

|

多选题

如图，金属导体宽为b、厚度为d，其单位体积内自由电子数为n，置于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，电子质量为m、电荷量为e．当导体中通入电流强度为I、方向如图所示的电流时，下列判断正确的是（　　）

AABCD面的电势高于EFGH面的电势

BABCD面的电势低于EFGH面的电势

CABCD面与EFGH面的电势差的大小U=

DABCD面与EFGH面的电势差的大小U=

正确答案

B,D

解析

解：A、B、电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向前表面偏转，则前表面带负电，后表面失去电子带正电，后侧面的电势较高，即ABCD面的电势低于EFGH面的电势，故A错误，B正确．

C、D、当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向前侧面偏转，使得前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差．因而可得=Bev，

q=n（dbvt）e

I==nevs

由以上几式解得ABCD面与EFGH面的电势差的大小：U=，故D正确，C错误；

故选：BD．

热门试卷

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析