1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力情況時,發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng):將導(dǎo)體置于磁場中,并沿垂直磁場方向通入電流,則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個橫向電勢差,這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng),這個橫向的電勢差稱為霍爾電勢差。
1.如圖甲所示,某長方體導(dǎo)體abcda′b′c′d′的高度為h、寬度為l,其中的載流子為自由電子,其電荷量為e,處在與ab b′a′面垂直的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0。在導(dǎo)體中通有垂直于bcc′b′面的電流,若測得通過導(dǎo)體的恒定電流為I,橫向霍爾電勢差為UH,求此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個數(shù)。
2.對于某種確定的導(dǎo)體材料,其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值,人們將H=定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)。利用霍爾系數(shù)H已知的材料可以制成測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的探頭,有些探頭的體積很小,其正對橫截面(相當(dāng)于圖14甲中的ab b′a′面)的面積可以在0.1cm2以下,因此可以用來較精確的測量空間某一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖14乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器,其中的探頭裝在探桿的前端,且使探頭的正對橫截面與探桿垂直。這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小I,又可以監(jiān)測出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢差UH,并自動計(jì)算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)。
①在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中,對探桿的放置方位有何要求;
②要計(jì)算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,除了要知道H、I、UH外,還需要知道哪個物理量,并用字母表示。推導(dǎo)出用上述這些物理量表示所測位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式。
1.
2.見解析
解析:(1)設(shè)單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,自由電子定向移動的速率為v,
則有 I=nehlv……………………………………………………………………(1分)
當(dāng)形成恒定電流時,自由電子所受電場力與洛侖茲力相等,因此有
evB0=eUH/h………………………………………………………………………(2分)
解得n= …………………………………………………………………(1分)
(2)①應(yīng)調(diào)整探桿的放置方位(或調(diào)整探頭的方位),使霍爾電勢差達(dá)到最大(或使探桿與磁場方向平行;探頭的正對橫截面與磁場方向垂直;ab b′a′面與磁場方向垂直)…………………………………………………………………………………………(3分)
②設(shè)探頭中的載流子所帶電荷量為q,根據(jù)上述分析可知,探頭處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中,當(dāng)通有恒定電流I,產(chǎn)生最大穩(wěn)定霍爾電壓UH時,有 qvB=qUH/h…………(1分)
又因 I=nqhlv和H=
聯(lián)立可解得 B=……………………………………………………………(1分)
所以,還需要知道探頭沿磁場方向的寬度l……………………………………(1分)
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
1 | nq |
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力情況時,發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng):將導(dǎo)體置于磁場中,并沿垂直磁場方向通入電流,則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個橫向電勢差,這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng),這個橫向的電勢差稱為霍爾電勢差。
1.如圖甲所示,某長方體導(dǎo)體abcda′b′c′d′的高度為h、寬度為l,其中的載流子為自由電子,其電荷量為e,處在與ab b′a′面垂直的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0。在導(dǎo)體中通有垂直于bcc′b′面的電流,若測得通過導(dǎo)體的恒定電流為I,橫向霍爾電勢差為UH,求此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個數(shù)。
2.對于某種確定的導(dǎo)體材料,其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值,人們將H=定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)。利用霍爾系數(shù)H已知的材料可以制成測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的探頭,有些探頭的體積很小,其正對橫截面(相當(dāng)于圖14甲中的ab b′a′面)的面積可以在0.1cm2以下,因此可以用來較精確的測量空間某一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖14乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器,其中的探頭裝在探桿的前端,且使探頭的正對橫截面與探桿垂直。這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小I,又可以監(jiān)測出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢差UH,并自動計(jì)算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)。
①在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中,對探桿的放置方位有何要求;
②要計(jì)算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,除了要知道H、I、UH外,還需要知道哪個物理量,并用字母表示。推導(dǎo)出用上述這些物理量表示所測位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式。
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力情況時,發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng):將導(dǎo)體置于磁場中,并沿垂直磁場方向通入電流,則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個橫向電勢差,這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng),這個橫向的電勢差稱為霍爾電勢差。
(1)如圖14甲所示,某長方體導(dǎo)體的高度為、寬度為,其中的載流子為自由電子,其電荷量為,處在與面垂直的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為。在導(dǎo)體中通有垂直于面的電流,若測得通過導(dǎo)體的恒定電流為,橫向霍爾電勢差為,求此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個數(shù)。
(2)對于某種確定的導(dǎo)體材料,其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目和載流子所帶電荷量均為定值,人們將定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)。利用霍爾系數(shù)已知的材料可以制成測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的探頭,有些探頭的體積很小,其正對橫截面(相當(dāng)于圖14甲中的面)的面積可以在以下,因此可以用來較精確的測量空間某一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖14乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器,其中的探頭裝在探桿的前端,且使探頭的正對橫截面與探桿垂直。這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小,又可以監(jiān)測出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢差,并自動計(jì)算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)。
①在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中,對探桿的放置方位有何要求;
②要計(jì)算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,除了要知道外,還需要知道哪個物理量,并用字母表示。推導(dǎo)出用上述這些物理量表示所測位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式。
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科目:高中物理 來源:2011-2012學(xué)年度北京市海淀區(qū)高三第一學(xué)期期末練習(xí)物理卷 題型:計(jì)算題
1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力情況時,發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng):將導(dǎo)體置于磁場中,并沿垂直磁場方向通入電流,則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個橫向電勢差,這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng),這個橫向的電勢差稱為霍爾電勢差。
【小題1】如圖甲所示,某長方體導(dǎo)體abcda′b′c′d′的高度為h、寬度為l,其中的載流子為自由電子,其電荷量為e,處在與ab b′a′面垂直的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0。在導(dǎo)體中通有垂直于bcc′b′面的電流,若測得通過導(dǎo)體的恒定電流為I,橫向霍爾電勢差為UH,求此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個數(shù)。
【小題2】對于某種確定的導(dǎo)體材料,其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值,人們將H=定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)。利用霍爾系數(shù)H已知的材料可以制成測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的探頭,有些探頭的體積很小,其正對橫截面(相當(dāng)于圖14甲中的ab b′a′面)的面積可以在0.1cm2以下,因此可以用來較精確的測量空間某一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖14乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器,其中的探頭裝在探桿的前端,且使探頭的正對橫截面與探桿垂直。這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小I,又可以監(jiān)測出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢差UH,并自動計(jì)算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)。
①在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中,對探桿的放置方位有何要求;
②要計(jì)算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,除了要知道H、I、UH外,還需要知道哪個物理量,并用字母表示。推導(dǎo)出用上述這些物理量表示所測位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式。
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