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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=kBI/d,式中d为
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=kBI/d,式中d为
admin
2017-12-19
53
问题
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U
H
,这个现象称为霍尔效应,U
H
称为霍尔电压,且满足U
H
=kBI/d,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‰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U
H
值,记录数据如表所示。
根据表中数据在给定区域内(在图2上)画出U
H
-I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为_______×10
-3
V.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3所示的测量电路,S
1
、S
2
均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流自Q端流入,P端流出,应将S
1
掷向_______(填“a”或“b”),S
2
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接在电路中。在保持其他连接不变的情况下,该定值电阻应串接在相邻器件_______和_______(填器件代号)之间。
选项
答案
(1)M; (2)1.5; (3)b;c;S
1
;E。
解析
①根据左手定律,正电荷受力向左,M点电势较高,因此“+”接线柱应接M点;②画出图象见答案,图象的斜率为kB/d,将B和d代入就可以求出k值;为1.5;③将S
1
掷向“b”,S
2
掷向“c”,电流恰好反向,应将该电阻接入公共部分,即在S
1
与S
2
之间,因此可以在S
1
与E之间也可以在E与S
2
之间。
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