Question

霍爾效應(yīng)是電磁基本現(xiàn)象之一，近期我國科學(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1所示，在一矩形半導(dǎo)體薄片的P、Q間通入電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，在M、N間出現(xiàn)電壓U_H，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，U_H稱為霍爾電壓，且滿足UH=k

IB

d

，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)．某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)來測定該半導(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，電流與磁場方向如圖1所示，該同學(xué)用電壓表測量U_H時，應(yīng)將電壓表的“+”接線柱與

 

（填“M”或“N”）端通過導(dǎo)線相連．
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，測量相應(yīng)的U_H值，記錄數(shù)據(jù)如下表所示．

I（×10-3A）	3.0	6.0	9.0	12.0	15.0	18.0
UH（×10-3V）	1.1	1.9	3.4	4.5	6.2	6.8

根據(jù)表中數(shù)據(jù)在表格中畫出U_H-I圖線，利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)為

 

×10^-3V?m?A^-1?T^-1（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量，取兩個方向測量的平均值，可以減小霍爾系數(shù)的測量誤差，為此該同學(xué)設(shè)計了如圖2所示的測量電路，S₁、S₂均為單刀雙擲開關(guān)，虛線框內(nèi)為半導(dǎo)體薄片（未畫出）．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”）．
為了保證測量安全，該同學(xué)改進(jìn)了測量電路，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）之間．

Answer 1

分析：①根據(jù)左手定則判斷出正電荷所受洛倫茲力的方向，從而確定出偏轉(zhuǎn)的俄方向，得出電勢的高低．
②根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)作出U_H-I圖線，根據(jù)圖線的斜率，結(jié)合表達(dá)式求出霍爾系數(shù)．
③根據(jù)電流的流向確定單刀雙擲開關(guān)的擲向位置．

解答：解：①根據(jù)左手定則得，正電荷向M端偏轉(zhuǎn)，所以應(yīng)將電壓表的“+”接線柱與M端通過導(dǎo)線相連．
②U_H-I圖線如圖所示．根據(jù)UH=k

IB

d

知，圖線的斜率為k

B

d

=k

0.1

0.4×10-3

=0.375，解得霍爾系數(shù)k=1.5×10^-3V?m?A^-1?T^-1．
③為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S₁擲向b，S₂擲向c，為了保護(hù)電路，定值電阻應(yīng)串聯(lián)在S₁，E（或S₂，E）之間．
故答案為：①M(fèi) ②如圖所示，1.5（1.4或1.6）③b，c；S₁，E（或S₂，E）

點(diǎn)評：解決本題的關(guān)鍵知道霍爾效應(yīng)的原理，并能靈活運(yùn)用．掌握描點(diǎn)作圖的方法．