霍尔效应是电磁基本现象之一,我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。如图甲所示,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,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甲所示,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,求出该材料的霍尔系数为___________ (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乙所示的测量电路,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”)。
(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甲所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与
(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:
3.0 | 6.0 | 9.0 | 12.0 | 15.0 | 18.0 | |
1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 6.0 |
(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乙所示的测量电路,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
更新时间:2021-06-03 12:57:29
|
【知识点】 霍尔效应的原理
相似题推荐
实验题
|
适中
(0.65)
名校
【推荐1】霍尔元件是一种基于霍尔效应的金属磁传感器,用它可以检测磁场及其变化,图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图,由于磁芯的作用,霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场,测量原理如乙图所示,直导线通有垂直纸面向里的电流,霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱,通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路,所用器材已在图中给出并已经连接好电路。
(1)霍尔元件被夹在磁芯缝隙AB处,则AB间磁场方向为___________ (填“竖直向下”、“竖直向上”、“水平向左”或“水平向右”);
(2)霍尔元件的前后两表面间形成电势差,则___________ (填“前表面”或“后表面”)电势高;
(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为e,霍尔元件的厚度为h。为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B,根据乙图中所给的器材和电路,还必须测量的物理量有电压表示数U和电流表示数I ,则计算式B =___________ 。
(1)霍尔元件被夹在磁芯缝隙AB处,则AB间磁场方向为
(2)霍尔元件的前后两表面间形成电势差,则
(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为e,霍尔元件的厚度为h。为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B,根据乙图中所给的器材和电路,还必须测量的物理量有电压表示数U和电流表示数I ,则计算式B =
您最近一年使用:0次
实验题
|
适中
(0.65)
【推荐2】某高二学习小组在学习自感电动势时了解到自感电动势,教材中称自感系数L与线圈的大小、形状、圈数、以及是否有铁芯等因素有关。他们决定探究一下这个结论。查阅资料知道,长且直的密绕的螺线管内部磁场可以看成匀强磁场:B=µ0nI,µ0为常数,I为螺线管中电流, 是单位长度上的线圈匝数,l是螺线管长度,N为线圈总匝数。
(1)他们首先用霍尔材料来探究螺线管内磁场是否为匀强磁场。如图所示,R1和R2是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体(二者单位体积内所含的自由电子数相同),但R1的尺寸比R2的尺寸大。将两导体同时放置在同一匀强磁场B中,磁场方向垂直于两导体正方形表面,在两导体上加相同的电压,形成图所示方向的电流;电子由于定向移动,会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用,从而产生霍尔电压,当电流和霍尔电压达到稳定时,下列说法正确的是( )
A.R1中的电流大于R2中的电流
B.R1中的电流等于R2中的电流
C.霍尔电压和图中通过的电流I成正比,和图中竖直向上的磁感应确定B成正比
D.R1中产生的霍尔电压等于R2中产生的霍尔电压
(2)根据理论推导,他们决定保持图1左右两侧的电流不变,在图1前后表面连接电压表测定霍尔电压,请你用导线将电源、滑动变阻器,毫安电流表连好电路,来控制霍尔元件中电流,两块表都使用较小量程______
(3)用该电路测量出多组数据,得到下图所示的B—x图象(x为螺线管中点开始的水平距离)则除去边缘外_____ (填可以、不可以)验证管内磁感应强度公式B=µ0nI正确。
(4)最后,请根据法拉第电磁感应定律推导出长且直的螺线管的自感系数。设螺线管内部磁场为匀强磁场:B=µ0nI,µ0为常数,I为螺线管中电流,是单位长度上的线圈匝数,l是螺线管长度,N为线圈总匝数。设每匝线圈包围的面积为s,螺线管总长度为l,螺线管体积V=sl,则自感系数L表达式正确的是( )
A. B. C. D.
(1)他们首先用霍尔材料来探究螺线管内磁场是否为匀强磁场。如图所示,R1和R2是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体(二者单位体积内所含的自由电子数相同),但R1的尺寸比R2的尺寸大。将两导体同时放置在同一匀强磁场B中,磁场方向垂直于两导体正方形表面,在两导体上加相同的电压,形成图所示方向的电流;电子由于定向移动,会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用,从而产生霍尔电压,当电流和霍尔电压达到稳定时,下列说法正确的是
A.R1中的电流大于R2中的电流
B.R1中的电流等于R2中的电流
C.霍尔电压和图中通过的电流I成正比,和图中竖直向上的磁感应确定B成正比
D.R1中产生的霍尔电压等于R2中产生的霍尔电压
(2)根据理论推导,他们决定保持图1左右两侧的电流不变,在图1前后表面连接电压表测定霍尔电压,请你用导线将电源、滑动变阻器,毫安电流表连好电路,来控制霍尔元件中电流,两块表都使用较小量程
(3)用该电路测量出多组数据,得到下图所示的B—x图象(x为螺线管中点开始的水平距离)则除去边缘外
(4)最后,请根据法拉第电磁感应定律推导出长且直的螺线管的自感系数。设螺线管内部磁场为匀强磁场:B=µ0nI,µ0为常数,I为螺线管中电流,是单位长度上的线圈匝数,l是螺线管长度,N为线圈总匝数。设每匝线圈包围的面积为s,螺线管总长度为l,螺线管体积V=sl,则自感系数L表达式正确的是
A. B. C. D.
您最近一年使用:0次
实验题
|
适中
(0.65)
名校
【推荐3】利用霍尔效应工作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域。小聪同学设计了一个研究霍尔电压与电流、磁感应强度等物理量的关系的实验,小聪查得某种由铜制成的霍尔元件的霍尔电压在以内变化,工作电流在以内,并设计了如图甲所示的电路。图甲中线圈电流不超过,已知霍尔元件处的磁感应强度B与线圈中的电流大小成正比。
实验室可供选择的器材有:
A.电流表(量程,内阻约为)
B.电流表(量程,内阻约为)
C.电流表(量程,内阻约为)
D.电压表(量程,内阻约为)
E.电压表(量程,内阻约为)
F.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
G.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
H.两个相同的电源(电动势均为,内阻可忽略)
I.单刀单掷开关两个和导线若干
(1)为了完成实验,电流表应选用__________ ,电压表V应选用__________ ,滑动变阻器应选用__________ 。(以上均选填器材前的字母标号)
(2)用笔画线代替导线将图甲中的电压表的连线补充完整_______ 。(要注意电压表正、负接线柱接线正确)
(3)为了研究霍尔电压与电流的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器使电流表的指针有较大偏转,并保持电流表的示数不变,调节滑动变阻器,记录电流表的示数I和对应的电压表的示数U,将记录的实验数据描绘在坐标系中,如图乙所示,请作出关系图线______ ,结合所作图象可得,在误差允许范围内霍尔电压U与电流I的关系式为__________ (选填“”“”或“”)。
(4)为了研究霍尔电压与磁感应强度的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器__________ (选填“”或“”)使相应的电流表指针有较大偏转并稳定后,再调节滑动变阻器__________ (选填“”或“”)记录相应电流表的示数I和对应的电压表的示数U,从而就可以判断霍尔电压与磁感应强度的关系。
实验室可供选择的器材有:
A.电流表(量程,内阻约为)
B.电流表(量程,内阻约为)
C.电流表(量程,内阻约为)
D.电压表(量程,内阻约为)
E.电压表(量程,内阻约为)
F.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
G.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
H.两个相同的电源(电动势均为,内阻可忽略)
I.单刀单掷开关两个和导线若干
(1)为了完成实验,电流表应选用
(2)用笔画线代替导线将图甲中的电压表的连线补充完整
(3)为了研究霍尔电压与电流的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器使电流表的指针有较大偏转,并保持电流表的示数不变,调节滑动变阻器,记录电流表的示数I和对应的电压表的示数U,将记录的实验数据描绘在坐标系中,如图乙所示,请作出关系图线
(4)为了研究霍尔电压与磁感应强度的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器
您最近一年使用:0次