【題目】電荷的定向移動形成電流,電流是物理量中的基本量之一。電流載體稱為載流子,大自然有很多種承載電荷的載流子,例如,金屬導體內(nèi)可自由移動的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的正負離子,半導體中的空穴,這些載流子的定向移動,都可形成電流。

(1)電子繞氫原子核做圓周運動時,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的軌道上做圓周運動。試計算電子繞氫原子核在該軌道上做圓周運動形成的等效電流大。

(2)如圖,AD表示一段粗細均勻的一段導體,兩端加一定的電壓,導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v,設導體的橫截面積為s,導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷所帶的電荷量為e.試證明導體中電流強度I=nesv;

(3)有一圓柱形的純凈半導體硅,其橫截面積為2.5cm2,通有電流2mA時,其內(nèi)自由電子定向移動的平均速率為7.5×10-5m/s,空穴定向移動的平均速率為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。若一個硅原子至多只釋放一個自由電子,試估算此半導體材料平均多少個硅原子才有一個硅原子釋放出自由電子?

【答案】(1)(2)見解析(3)1×105

【解析】(1)電子繞核做圓周運動,所需的向心力由核對電子的庫侖引力來提供,

根據(jù)

解得:

(2)導體中電流大小,

t時內(nèi)所電荷定向移動的距離長度為vt,則其體積為Svt,

通過導體某一截面的自由電子數(shù)為nSvt,

該時間內(nèi)通過導體該截面的電量:q=nSvte,則I=nesv

(3)設此半導體單位體積內(nèi)有n個自由電子,同時也將有n個空穴;以S表示截面積體積,v1,v2分別表示半導體中空穴和自由電子的定向移動速率,I1I2分別表示半導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:

設單位體積內(nèi)有n個硅原子放出一個自由電子;單位體積內(nèi)硅原子的個數(shù)

則:,

代入數(shù)據(jù)解得=1×10-5

說明每1×105個原子才放出一個自由電子

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖,一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強磁場B和勻強電場E組成的速度選擇器,然后粒子通過平板S上的狹縫P,進入另一勻強磁場B',最終打在AlA2上.下列表述正確的是

A. 粒子帶負電

B. 所有打在AlA2上的粒子,在磁場B'中運動時間都相同

C. 能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于

D. 粒子打在AlA2上的位置越靠近P,粒子的比荷越大

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】東西方向的平直公路有兩條平行且挨得很近車道,兩輛車在各自的車道內(nèi)行駛,一輛長為24 m的平板車沿平直公路以4m/s的速度勻速向東行駛,一輛長為12 m的客車由靜止開始以2m/s2的加速度由向西勻加速行駛,已知客車剛啟動時兩車相距60 m,如下圖所示,求兩車錯車所用的時間。(錯車時間指車頭相齊到車尾相齊時間)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,閉合矩形線框abcd從高處自由下落一段時間后進入有界勻強磁場,在ab邊開始進入磁場到cd邊剛進入磁場的這段時間內(nèi),線框運動的速度圖象可能是選項中的(  )

A.

B.

C.

D.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的平行光滑金屬導軌MNPQ,它們的電阻忽略不計,在MP之間接有阻值R的定值電阻,現(xiàn)有一質(zhì)量m0.5kg的導體棒ab,長L=0.5m,其電阻r1.0Ω,與導軌接觸良好,整個裝置處于方向豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度B=1T,現(xiàn)使導體棒abv=8m/s的速度向右做勻速運動。求:

(1)導體棒ab中電流的方向;

(2)ab兩端電壓U;

(3)導體棒ab所受的外力大小。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,圖中的四個電表均為理想電表,當滑動變阻器滑片P向右端移動時,下面說法中正確的是 ( )

A. 電壓表V1的讀數(shù)減小,電流表A1的讀數(shù)增大

B. 電壓表V1的讀數(shù)增大,電流表A1的讀數(shù)減小

C. 電壓表V2的讀數(shù)減小,電流表A2的讀數(shù)增大

D. 電壓表V2的讀數(shù)增大,電流表A2的讀數(shù)減小

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,半徑光滑圓弧軌道固定在豎直平面內(nèi),過最低點的半徑OC處于豎直位置,在其右方有一可繞豎直軸與圓弧軌道共面轉(zhuǎn)動的、內(nèi)部空心的圓筒,圓筒半徑,筒的頂端與C點等高,在筒的下部有一小孔,離筒頂?shù)母叨?/span>,開始時小孔在圖示位置與圓弧軌道共面,F(xiàn)讓一質(zhì)量的小物塊自A點由靜止開始下落,打在圓弧軌道上的B點,但未反彈,在瞬間的碰撞過程中小物塊沿半徑方向的分速度立刻減為零,而沿圓弧切線方向的分速度不變。此后,小物塊沿圓弧軌道勻速滑下,到達C點時觸動光電裝置,使圓筒立刻以某一角速度勻速轉(zhuǎn)動起來,且小物塊最終正好進入小孔。已知A點、B點到圓心O的距離均為R,AOBO與水平方向的夾角均為,不計空氣阻力,g,試求:

小物塊到達C點時的速度大小是多少?

圓筒勻速轉(zhuǎn)動時的角速度是多少?

要使小物塊進入小孔后能直接打到圓筒的內(nèi)側(cè)壁,筒身長L到少為多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,粗糙程度處處相同的半圓形豎直軌道固定放置,其半徑為R,直徑POQ水平。一質(zhì)量為m的小物塊(可視為質(zhì)點)自P點由靜止開始沿軌道下滑,滑到軌道最低點N時,小物塊對軌道的壓力為2mg,g為重力加速度的大小。則下列說法正確的是

A. 小物塊到達最低點N時的速度大小為    

B. 小物塊從P點運動到N點的過程中克服摩擦力所做的功為

C. 小物塊從P點運動到N點的過程中重力做功為

D. 小物塊從P點開始運動經(jīng)過N點后恰好可以到達Q

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】某質(zhì)點以20m/s的初速度豎直向上運動.其加速度保持不變,經(jīng)2 s到達最高點,上升高度為20 m,又經(jīng)過2 s回到出發(fā)點時,速度大小仍為20 m/s,關(guān)于這一運動過程的下列說法中正確的是(  )

A. 質(zhì)點運動的加速度大小為10m/s2,方向豎直向下

B. 質(zhì)點在這段時間內(nèi)的平均速度大小為10m/s

C. 質(zhì)點在最高點時加速度為零

D. 質(zhì)點在落回拋出點時的速度與開始離開拋出點時的速度相等

查看答案和解析>>

同步練習冊答案