Question

（2007?蘇州模擬）一塊N型半導(dǎo)體薄片（稱霍爾元件），其橫載面為矩形，體積為b×c×d，如圖所示．已知其單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n、電阻率為ρ、電子電荷量e．將此元件放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向沿Z軸方向，并通有沿x軸方向的電流I．
（1）此元件的CC′兩個(gè)側(cè)面中，哪個(gè)面電勢高？
（2）試證明在磁感應(yīng)強(qiáng)度一定時(shí)，此元件的CC′兩個(gè)側(cè)面的電勢差與其中的電流成正比
（3）磁強(qiáng)計(jì)是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的儀器．其測量方法為：將導(dǎo)體放在勻強(qiáng)磁場之中，用毫安表測量通以電流I，用毫伏表測量C、C，間的電壓U _CC′，就可測得B．若已知其霍爾系數(shù)k=

1

ned

=10mV/mA?T．并測得U_CC′=0.6mV，I=3mA．試求該元件所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小．

Answer 1

分析：（1）金屬導(dǎo)體中移動(dòng)的是自由電子，根據(jù)左手定則判定電子的偏轉(zhuǎn)方向，從而得出元件的CC′兩個(gè)側(cè)面的電勢的高低．
（2）最終電子在洛倫茲力和電場力的作用下處于平衡，根據(jù)平衡，結(jié)合電流的微觀表達(dá)式，證明出兩個(gè)側(cè)面的電勢差與其中的電流成正比．
（3）根據(jù)證明出的電勢差和電流的關(guān)系求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大�。�

解答：解：（1）電流沿x軸正方向，知電子流動(dòng)的方向沿x軸負(fù)方向，根據(jù)左手定則，知電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn)，所以C側(cè)面得到電子帶負(fù)電，C′側(cè)面失去電子帶正電．故C'面電勢較高．
（2）當(dāng)電子受力平衡時(shí)有：e

U

b

=evB．得U=vBb．電流的微觀表達(dá)式I=nevS=nevbd．所以v=Inebd．U=

I

nebd

×Bb=

B

ned

I．知兩個(gè)側(cè)面的電勢差與其中的電流成正比．
（3）U_CC′=

B

ned

 I，則B=

nedUCC′

I

=

UCC′

KI

=

0.6

10×3

T=0.02T
故該元件所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為0.02T．

點(diǎn)評：解決本題的關(guān)鍵掌握左手定則判定洛倫茲力的方向，以及知道最終電子受電場力和洛倫茲力處于平衡．