Question

【題目】霍爾效應是電磁基本現象之一，我國科學家在該領域的實驗研究上取得了突破性進展。如圖甲所示，在一矩形半導體薄片的P、Q間通入電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，在M、N間出現電壓UH，這個現象稱為霍爾效應，UH稱為霍爾電壓，且滿足，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數。某同學通過實驗來測定該半導體薄片的霍爾系數。

(1)若該半導體材料是空穴（可視為帶正電粒子）導電，電流與磁場方向如圖甲所示，該同學用電壓表測量UH時，應將電壓表的“+”接線柱與_________（填“M”或“N”）端通過導線相連；

(2)已知薄片厚度d=0.40mm，該同學保持磁感應強度B=0.10T不變，改變電流I的大小，測量相應的UH值，記錄數據如下表所示；

根據表中數據，求出該材料的霍爾系數為___________（保留2位有效數字）；

(3)該同學查閱資料發(fā)現，使半導體薄片中的電流反向再次測量，取兩個方向測量的平均值，可以減小霍爾系數的測量誤差，為此該同學設計了如圖乙所示的測量電路，S1、S2均為單刀雙擲開關，虛線框內為半導體薄片（未畫出）。為使電流從Q端流入，P端流出，應將S1擲向_______（填“a”或“b”），S2擲向_______（填“c”或“d”）。為了保證測量安全，該同學改進了測量電路，將一合適的定值電阻串聯在電路中。在保持其它連接不變的情況下，該定值電阻應串聯在相鄰器件______和______（填器件代號）之間。

Answer 1

【答案】M 1.3 b c S1/S2 E

【解析】

（1）如圖甲所示，半導體中電流由P流向Q，根據左手定則，正電荷移向M端，負電荷移向N端，把半導體看成電源，M端為電源的正極，故電壓表的“+”接線柱與M端導線相連；

（2）根據公式 得

代入數據解得

；

（3）如圖乙所示，為使電流從Q端流入，P端流出，即Q端接電源正極，P端接電源負極，所以，S1擲向b，S2擲向c；為保證定值電阻始終在電路中，則只能將定值電阻串聯在電路中的公共部分，即S1/S2與電源E之間。