Question

【題目】霍爾效應(yīng)是電磁基本現(xiàn)象之一，我國(guó)科學(xué)家在該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究上取得了突破性進(jìn)展。如圖甲所示，在一矩形半導(dǎo)體薄片的P、Q間通入電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，在M、N間出現(xiàn)電壓UH，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)，UH稱(chēng)為霍爾電壓，且滿(mǎn)足，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)。某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定該半導(dǎo)體薄片的霍爾系數(shù)。

(1)若該半導(dǎo)體材料是空穴（可視為帶正電粒子）導(dǎo)電，電流與磁場(chǎng)方向如圖甲所示，該同學(xué)用電壓表測(cè)量UH時(shí)，應(yīng)將電壓表的“+”接線(xiàn)柱與_________（填“M”或“N”）端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相連；

(2)已知薄片厚度d=0.40mm，該同學(xué)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.10T不變，改變電流I的大小，測(cè)量相應(yīng)的UH值，記錄數(shù)據(jù)如下表所示；

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，求出該材料的霍爾系數(shù)為___________（保留2位有效數(shù)字）；

(3)該同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，使半導(dǎo)體薄片中的電流反向再次測(cè)量，取兩個(gè)方向測(cè)量的平均值，可以減小霍爾系數(shù)的測(cè)量誤差，為此該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖乙所示的測(cè)量電路，S1、S2均為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，虛線(xiàn)框內(nèi)為半導(dǎo)體薄片（未畫(huà)出）。為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S1擲向_______（填“a”或“b”），S2擲向_______（填“c”或“d”）。為了保證測(cè)量安全，該同學(xué)改進(jìn)了測(cè)量電路，將一合適的定值電阻串聯(lián)在電路中。在保持其它連接不變的情況下，該定值電阻應(yīng)串聯(lián)在相鄰器件______和______（填器件代號(hào)）之間。

Answer 1

【答案】M 1.3 b c S1/S2 E

【解析】

（1）如圖甲所示，半導(dǎo)體中電流由P流向Q，根據(jù)左手定則，正電荷移向M端，負(fù)電荷移向N端，把半導(dǎo)體看成電源，M端為電源的正極，故電壓表的“+”接線(xiàn)柱與M端導(dǎo)線(xiàn)相連；

（2）根據(jù)公式 得

代入數(shù)據(jù)解得

；

（3）如圖乙所示，為使電流從Q端流入，P端流出，即Q端接電源正極，P端接電源負(fù)極，所以，S1擲向b，S2擲向c；為保證定值電阻始終在電路中，則只能將定值電阻串聯(lián)在電路中的公共部分，即S1/S2與電源E之間。