【題目】電荷的定向移動(dòng)形成電流,電流是物理量中的基本量之一。電流載體稱(chēng)為載流子,大自然有很多種承載電荷的載流子,例如,金屬導(dǎo)體內(nèi)可自由移動(dòng)的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的正負(fù)離子,半導(dǎo)體中的空穴,這些載流子的定向移動(dòng),都可形成電流。
(1)電子繞氫原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),可等效為環(huán)形電流,已知靜電力常量為k,電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,電子在半徑為r的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)。試計(jì)算電子繞氫原子核在該軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)形成的等效電流大小;
(2)如圖,AD表示一段粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體,兩端加一定的電壓,導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s,導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)自由電荷所帶的電荷量為e.試證明導(dǎo)體中電流強(qiáng)度I=nesv;
(3)有一圓柱形的純凈半導(dǎo)體硅,其橫截面積為2.5cm2,通有電流2mA時(shí),其內(nèi)自由電子定向移動(dòng)的平均速率為7.5×10-5m/s,空穴定向移動(dòng)的平均速率為2.5×10-5m/s。已知硅的密度2.4×103kg/m3,摩爾質(zhì)量是28。電子的電荷量e=-1.6×10-19C,空穴和電子總是成對(duì)出現(xiàn),它們所帶電荷量相等,但電性相反,阿伏伽德羅常數(shù)為N0=6.02×1023mol-1。若一個(gè)硅原子至多只釋放一個(gè)自由電子,試估算此半導(dǎo)體材料平均多少個(gè)硅原子才有一個(gè)硅原子釋放出自由電子?
【答案】(1)(2)見(jiàn)解析(3)1×105
【解析】(1)電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng),所需的向心力由核對(duì)電子的庫(kù)侖引力來(lái)提供,
根據(jù)
又
解得:
(2)導(dǎo)體中電流大小,
t時(shí)內(nèi)所電荷定向移動(dòng)的距離長(zhǎng)度為vt,則其體積為Svt,
通過(guò)導(dǎo)體某一截面的自由電子數(shù)為nSvt,
該時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體該截面的電量:q=nSvte,則I=nesv
(3)設(shè)此半導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子,同時(shí)也將有n個(gè)空穴;以S表示截面積體積,v1,v2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子的定向移動(dòng)速率,I1和I2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子形成的電流,
則有:
總電流I=I1+I2
由此可得:
設(shè)單位體積內(nèi)有n個(gè)硅原子放出一個(gè)自由電子;單位體積內(nèi)硅原子的個(gè)數(shù)
則:,
代入數(shù)據(jù)解得=1×10-5
說(shuō)明每1×105個(gè)原子才放出一個(gè)自由電子
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,一束單色光以一定的入射角從A點(diǎn)射入玻璃球體,已知光線(xiàn)在玻璃球內(nèi)經(jīng)兩次反射后,剛好能從A點(diǎn)折射回到空氣中.已知入射角為45°,玻璃球的半徑為 ,光在真空中傳播的速度為3×108m/s,求:
(I)玻璃球的折射率及光線(xiàn)第一次從玻璃球內(nèi)出射時(shí)相對(duì)于射入玻璃球的光線(xiàn)的偏向角;
(II)光線(xiàn)從A點(diǎn)進(jìn)入及第一次從A點(diǎn)射出時(shí)在玻璃球體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,平行板電容器兩極板接在電源兩端,且傾斜放置。一帶電小球從A端水平射入,能沿水平直線(xiàn)AB運(yùn)動(dòng),則( )
A. 小球的電勢(shì)能將減小
B. 小球一定帶正電
C. 若斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,把B板拉開(kāi)一段距離到圖中虛線(xiàn)位置,小球仍做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)
D. 若始終閉合S,把B板拉開(kāi)一段距離到圖中虛線(xiàn)位置,小球仍做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,右端開(kāi)口,左端封閉的粗細(xì)均勻的U形薄壁玻璃管豎直放置,用h=8cm長(zhǎng)的一段水銀柱封閉長(zhǎng)為l=30cm的空氣柱,現(xiàn)將開(kāi)口端接上抽氣機(jī),使開(kāi)口端的氣體壓強(qiáng)緩慢降至P=26cmHg,并封閉開(kāi)口端。已知大氣壓為P0=76cmHg,設(shè)環(huán)境溫度不變。求:
①左管內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)度。
②將U形管上端垂直紙面向里緩慢水平放置穩(wěn)定后右管中空氣柱的長(zhǎng)度。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】2017年6月19日,在中國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射升空的“中星9號(hào)”剛發(fā)射不久,就因運(yùn)載火箭出現(xiàn)異常狀況,沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)軌道。然而這顆“被丟在半路”的衛(wèi)星并沒(méi)有被中國(guó)科研人員放棄,在地面遙控指揮下,衛(wèi)星依靠自身的燃料在太空中用了16天獨(dú)自爬升2萬(wàn)公里,終于到達(dá)預(yù)定軌道。從此,這顆衛(wèi)星被網(wǎng)友親切地稱(chēng)為“星堅(jiān)強(qiáng)”。假設(shè)“星堅(jiān)強(qiáng)”在地球上空某高度處做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)行速度為v1。若它需要進(jìn)入更高軌道才能到達(dá)預(yù)定軌道,預(yù)定軌道上衛(wèi)星的運(yùn)行速度為v2。對(duì)這一變軌過(guò)程及變軌前后的速度對(duì)比正確的是
A. 發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴氣進(jìn)入高軌道,v1>v2
B. 發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴氣進(jìn)入高軌道,v1<v2
C. 發(fā)動(dòng)機(jī)向前噴氣進(jìn)入高軌道,v1>v2
D. 發(fā)動(dòng)機(jī)向前噴氣進(jìn)入高軌道,v1<v2
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,內(nèi)壁光滑的圓形軌道固定在豎直平面內(nèi),軌道內(nèi)甲、乙兩小球固定在輕桿的兩端,甲、乙兩球質(zhì)量相同,開(kāi)始時(shí)乙球位于軌道的最低點(diǎn),現(xiàn)由靜止釋放輕桿,下列說(shuō)法正確的是( )
A. 甲球下滑至底部的過(guò)程中,輕桿對(duì)系統(tǒng)不做功
B. 甲球滑回時(shí)不一定能回到初始位置
C. 甲球可沿軌道下滑到最低點(diǎn)且具有向右的瞬時(shí)速度
D. 在甲球滑回過(guò)程中桿對(duì)甲球做的功大于桿對(duì)乙球做的功
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖甲所示為“測(cè)量小車(chē)與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)”的實(shí)驗(yàn)裝置,帶滑輪的長(zhǎng)木板水平固定,跨過(guò)小車(chē)上的光滑定滑輪的兩根細(xì)線(xiàn)均處于水平.
(1)某個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)中得到一紙帶如圖乙,A、B、C、D、E為5個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz,根據(jù)紙帶數(shù)據(jù),可求出小車(chē)的速度a=________m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).該小組想針對(duì)小車(chē)列牛頓第二定律方程求出動(dòng)摩擦因數(shù),則還需要測(cè)定_____________(寫(xiě)出物理量名稱(chēng)及對(duì)應(yīng)的字母)。若讀出拉力傳感器的示數(shù)為F,則小車(chē)與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ= ________(用a、F、當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/span>g和上述測(cè)定的物理量表示,忽略其他阻力作用).
(2)另一實(shí)驗(yàn)小組分析了上述裝置的特點(diǎn),覺(jué)得不分析紙帶,再測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量m/也能利用牛頓第二定律求出該動(dòng)摩擦因數(shù),這種求法的表達(dá)式是μ= _________(用a、F、m/、當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/span>g和上述(1)中測(cè)定的物理量表示,忽略其他阻力作用)
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,帶著光滑豎直的三角形斜壁固定在水平地面上,放置于斜劈上的光滑小球與套在豎直桿上的小滑塊用輕繩連接,開(kāi)始時(shí)輕繩與斜劈平行.現(xiàn)給小滑塊施加一豎直向上的拉力,使小滑塊沿桿緩慢上升,整個(gè)過(guò)程中小球始終為脫離斜劈,則有( )
A. 輕繩對(duì)小球的拉力逐漸增大
B. 小球?qū)π迸膲毫ο葴p小后增大
C. 豎直桿對(duì)小滑塊的彈力先增大后減小
D. 對(duì)小滑塊施加的豎直向上的拉力逐漸增大
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置.他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門(mén)B.滑塊上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線(xiàn)繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放。
(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d,如圖乙所示,則d=__________mm.
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測(cè)量的物理量是____________________。
(3)改變鉤碼質(zhì)量,測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t,通過(guò)描點(diǎn)作出__________(填“”“”或“”)的線(xiàn)性圖像。
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