精英家教網(wǎng)霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的測試和研究中,例如應(yīng)用霍爾效應(yīng)測試半導(dǎo)體是電子型還是空穴型,研究半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度的變化等.在霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,如圖所示,ab寬為1cm,ad長為4cm,ae厚為1.0×10-3cm的導(dǎo)體,沿ad方向通有3A的電流,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.5T的勻強(qiáng)磁場垂直向里穿過abcd平面時(shí),產(chǎn)生了1.0×10-5V的霍爾電壓,(已知導(dǎo)體內(nèi)定向移動的自由電荷是電子),則下列說法正確的是( 。
A、在導(dǎo)體的前表面聚集自由電子,電子定向移動的速率v=
2
3
×10-3(m/s)
B、在導(dǎo)體的上表面聚集自由電子,電子定向移動的速率v=
2
3
×103(m/s)
C、在其它條件不變的情況下,增大ad的長度,可增大霍爾電壓
D、每立方米的自由電子數(shù)為n=2.8×1029個(gè)
分析:(1)根據(jù)左手定則判斷出電子的偏轉(zhuǎn)方向,從而比較出a、b兩端電勢的高低.
(2)根據(jù)電子所受電場力和洛倫茲力平衡求出電子定向移動的速率.
(3)根據(jù)電流的微觀表達(dá)式,結(jié)合電子定向移動的速率求出單位體積內(nèi)的載流子個(gè)數(shù).
解答:解:A、根據(jù)左手定則可得,載流子受力的方向向上,所以向上運(yùn)動,聚集在上極板上.所以在導(dǎo)體的上表面聚集自由電子.
穩(wěn)定時(shí)載流子,在沿寬度方向上受到的磁場力和電場力平衡evB=
U
ab

解得v=
U
B
.
ab
=
1.0×10-5
1.5×0.01
=
2
3
×10-3m/s
.故AB錯(cuò)誤;
C、穩(wěn)定時(shí)載流子,在沿寬度方向上受到的磁場力和電場力平衡evB=
U
ab
所以在其它條件不變的情況下,增大ab的長度,可增大霍爾電壓.故C錯(cuò)誤;
D、根據(jù)電流的微觀表達(dá)式得,I=nqSv
則單位體積內(nèi)的載流子個(gè)數(shù)n=
I
eSv
=
3
1.6×10-19×
.
ab
?
.
ae
×
2
3
×10-3
=2.8×1029
個(gè).故D正確.
故選:D
點(diǎn)評:解決本題的關(guān)鍵會通過左手定則判斷洛倫茲力的方向,以及知道最終電荷受電場力和洛倫茲力平衡.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器,廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域.
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如圖1,將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場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)生電勢差,這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).其原因是薄片中的移動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EH,同時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢差UH.當(dāng)電荷所受的電場力與洛倫茲力處處相等時(shí),EH和UH達(dá)到穩(wěn)定值,UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間滿足關(guān)系式UH=RH
IBd
,其中比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù),僅與材料性質(zhì)有關(guān).
(1)設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度(c、f間距)為l,請寫出UH和EH的關(guān)系式;若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的,請判斷圖1中c、f哪端的電勢高;
(2)已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n,電子的電荷量為e,請導(dǎo)出霍爾系數(shù)RH的表達(dá)式.(通過橫截面積S的電流I=nevS,其中v是導(dǎo)電電子定向移動的平均速率);
(3)圖2是霍爾測速儀的示意圖,將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上,圓盤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.霍爾元件置于被測圓盤的邊緣附近.當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動時(shí),霍爾元件輸出的電壓脈沖信號圖象如圖3所示.
a.若在時(shí)間t內(nèi),霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P,請導(dǎo)出圓盤轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式.
b.利用霍爾測速儀可以測量汽車行駛的里程.除此之外,請你展開“智慧的翅膀”,提出另一個(gè)實(shí)例或設(shè)想.

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科目:高中物理 來源:2012-2013學(xué)年福建省三明一中、二中高二上學(xué)期期末聯(lián)考物理試卷(帶解析) 題型:單選題

霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的測試和研究中,例如應(yīng)用霍爾效應(yīng)測試半導(dǎo)體是電子型還是空穴型,研究半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度的變化等。在霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,如圖所示,寬為cm,長為4cm,厚為cm的導(dǎo)體,沿方向通有3A的電流,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場垂直向里穿過平面時(shí),產(chǎn)生了V的霍爾電壓,(已知導(dǎo)體內(nèi)定向移動的自由電荷是電子),則下列說法正確的是

A.在導(dǎo)體的前表面聚集自由電子,電子定向移動的速率
B.在導(dǎo)體的上表面聚集自由電子,電子定向移動的速率
C.在其它條件不變的情況下,增大的長度,可增大霍爾電壓
D.每立方米的自由電子數(shù)為個(gè)

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科目:高中物理 來源:2014屆福建省、二中高二上學(xué)期期末考物理試卷(解析版) 題型:選擇題

霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的測試和研究中,例如應(yīng)用霍爾效應(yīng)測試半導(dǎo)體是電子型還是空穴型,研究半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度的變化等。在霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,如圖所示,寬為cm,長為4cm,厚為cm的導(dǎo)體,沿方向通有3A的電流,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場垂直向里穿過平面時(shí),產(chǎn)生了V的霍爾電壓,(已知導(dǎo)體內(nèi)定向移動的自由電荷是電子),則下列說法正確的是

A.在導(dǎo)體的前表面聚集自由電子,電子定向移動的速率

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C.在其它條件不變的情況下,增大的長度,可增大霍爾電壓

D.每立方米的自由電子數(shù)為個(gè)

 

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C.在其它條件不變的情況下,增大的長度,可增大霍爾電壓

D.每立方米的自由電子數(shù)為個(gè)

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