【題目】利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器,廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖1,將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場(chǎng)B中,在薄片的兩個(gè)側(cè)面a、b間通以電流I時(shí),另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢(shì)差(霍爾電壓),這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累,于是c、f間建立起電場(chǎng)EH,同時(shí)產(chǎn)生霍爾電壓UH。當(dāng)電荷所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí),EHUH達(dá)到穩(wěn)定值。

(1)設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度(c、f間距)為1,請(qǐng)寫(xiě)出UHEH的關(guān)系式;若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的,請(qǐng)判斷圖1c、f哪端的電勢(shì)高;

(2)已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)電荷量為q。理論表明霍爾電壓UH的大小與IB以及霍爾元件厚度d、材料的性質(zhì)有關(guān)。試推導(dǎo)出UH的表達(dá)式,并指出表達(dá)式中體現(xiàn)材料性質(zhì)的物理量;

(3)2是霍爾測(cè)速儀的示意圖,將非磁性圓盤(pán)固定在轉(zhuǎn)軸上,圓盤(pán)的周邊等距離地嵌裝著m個(gè)永磁體,相鄰永磁體的極性相反;魻栐糜诒粶y(cè)圓盤(pán)的邊緣附近。當(dāng)圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),霍爾元件輸出的電壓脈動(dòng)信號(hào)圖像如圖3所示。若在時(shí)間t內(nèi),霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P,請(qǐng)導(dǎo)出圓盤(pán)轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式。

【答案】1C端高(23

【解析】

試題(1)由C端高。

2)當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力相等時(shí),得

3a.由于在時(shí)間t內(nèi),霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P,則 P=mNt

圓盤(pán)轉(zhuǎn)速為

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】20分)同步加速器在粒子物理研究中有重要的應(yīng)用,其基本原理簡(jiǎn)化為如圖所示的模型。MN為兩塊中心開(kāi)有小孔的平行金屬板。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子A(不計(jì)重力)從M板小孔飄入板間,初速度可視為零,每當(dāng)A進(jìn)入板間,兩板的電勢(shì)差變?yōu)?/span>U,粒子得到加速,當(dāng)A離開(kāi)N板時(shí),兩板的電荷量均立即變?yōu)榱恪砂逋獠看嬖诖怪奔埫嫦蚶锏膭驈?qiáng)磁場(chǎng),A在磁場(chǎng)作用下做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng),R遠(yuǎn)大于板間距離,A經(jīng)電場(chǎng)多次加速,動(dòng)能不斷增大,為使R保持不變,磁場(chǎng)必須相應(yīng)地變化。不計(jì)粒子加速時(shí)間及其做圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁輻射,不考慮磁場(chǎng)變化對(duì)粒子速度的影響及相對(duì)論效應(yīng)。求

1A運(yùn)動(dòng)第1周時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大;

2)在A運(yùn)動(dòng)第n周的時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力做功的平均功率

3)若有一個(gè)質(zhì)量也為m、電荷量為+kqk為大于1的整數(shù))的粒子B(不計(jì)重力)與A同時(shí)從M板小孔飄入板間,A、B初速度均可視為零,不計(jì)兩者間的相互作用,除此之外,其他條件均不變,下圖中虛線、實(shí)線分別表示A、B的運(yùn)動(dòng)軌跡。在B的軌跡半徑遠(yuǎn)大于板間距離的前提下,請(qǐng)指出哪個(gè)圖能定性地反映A、B的運(yùn)動(dòng)軌跡,并經(jīng)推導(dǎo)說(shuō)明理由。

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖,圓弧形凹槽固定在水平地面上,其中ABC是位于豎直平面內(nèi)以O為圓心的一段圓弧,OA與豎直方向的夾角為α。一小球以速度v0從桌面邊緣P水平拋出,恰好從A點(diǎn)沿圓弧的切線方向進(jìn)入凹槽(已知重力加速度大小為g)。試求:

1)若凹槽厚度不計(jì),凹槽固定在什么位置?

2)直線PA與豎直方向的夾角β多大?(寫(xiě)出角β的一個(gè)三角函數(shù)值即可)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器,工作原理示意圖如右圖所示。置于高真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直,高頻交流電頻率為f,加速電壓為U。若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子在加速器中被加速,且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。則下列說(shuō)法正確的是

A. 質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2πRf

B. 質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比

C. 質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為

D. 不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f,該回旋加速器也能加速粒子

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,在豎直平面內(nèi)固定有光滑平行導(dǎo)軌,間距為L,下端接有阻值為R的電阻,空間存在與導(dǎo)軌平面垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒ab與上端固定的彈簧相連并垂直導(dǎo)軌放置。初始時(shí),導(dǎo)體棒靜止,現(xiàn)給導(dǎo)體棒豎直向下的初速度v0,導(dǎo)體棒開(kāi)始沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。若導(dǎo)體棒電阻r與電阻R的阻值相等,不計(jì)導(dǎo)軌電阻,則下列說(shuō)法中正確的是

A. 導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的每個(gè)時(shí)刻受到的安培力方向總與運(yùn)動(dòng)方向相反

B. 初始時(shí)刻導(dǎo)體棒兩端的電壓Uab=BLv0

C. 若導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后到速度第一次為零時(shí),下降的高度為h,則通過(guò)電阻R的電量為

D. 若導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后到速度第一次為零時(shí),下降的高度為h,此過(guò)程導(dǎo)體棒克服彈力做功為W,則電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q=mv2+mgh-W

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,在光滑絕緣水平面上有一半徑為R的圓,AB是一條直徑,空間有與水平面平行的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小為E。在圓上A點(diǎn)有一發(fā)射器,以相同的動(dòng)能平行于水平面沿不同方向發(fā)射帶電量為+q的小球,小球會(huì)經(jīng)過(guò)圓周上不同的點(diǎn),在這些點(diǎn)中,以過(guò)C點(diǎn)的小球動(dòng)能最大,且AC兩點(diǎn)間的距離為R。忽略小球間的相互作用,下列說(shuō)法正確的是

A. 電場(chǎng)的方向與AB間的夾角為30°

B. 電場(chǎng)的方向與AB間的夾角為60°

C. A點(diǎn)的電勢(shì)φA=0,則C點(diǎn)的電勢(shì)φC=-1.5ER

D. 若在A點(diǎn)以初動(dòng)能Ek0發(fā)射的小球,則小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EkB=Ek0+qER

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,直線MN上方有平行于紙面且與MN45°的有界勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小未知,MN下方存在方向垂直于紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。今從MN上的O點(diǎn)向磁場(chǎng)中射入一個(gè)速度大小為v、方向與MN45°的帶正電粒子,該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半徑為R。若該粒子從O點(diǎn)出發(fā)記為第一次經(jīng)過(guò)直線MN,而第五次經(jīng)過(guò)直線MN時(shí)恰好又通過(guò)O點(diǎn)。不計(jì)粒子的重力,求:

(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小

(2)該粒子再次(第五次經(jīng)過(guò)直線MN時(shí))O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)后,運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R′

(3)該粒子從O點(diǎn)出發(fā)到再次回到O點(diǎn)(第五次經(jīng)過(guò)直線MN時(shí))所需的時(shí)間t

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,木塊A、B靜止疊放在光滑水平面上,木塊A的質(zhì)量為2m,木塊B的質(zhì)量為m,F(xiàn)用水平力F拉木塊A(如圖甲所示),木塊A、B剛好不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),一起沿著水平面運(yùn)動(dòng)。若改用水平力F′拉木塊B(如圖乙所示),使木塊A、B也保持相對(duì)靜止一起沿著水平面運(yùn)動(dòng),已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,則F′可能為

A. B. C. D.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,用靜電計(jì)可以測(cè)量已充電的平行板電容器兩極板之間的電勢(shì)差,現(xiàn)使板帶電,則下列判斷正確的是 ( )

A. 增大兩極板之間的距離,指針張角變大

B. 將板稍微上移,靜電計(jì)指針張角將變大

C. 若將玻璃板插入兩板之間,則靜電計(jì)指針張角變大

D. 若將A板拿走,則靜電計(jì)指針張角變?yōu)榱?/span>

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