問題詳情:
霍爾效應是電磁基本現象之一,近期我國科學家在該領域的實驗研究上取得了突破*進展.如圖1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UH=k,式中d為薄片的厚度,k為霍爾係數.某同學通過實驗來測定該半導體薄片的霍爾係數.
(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1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=0.40 mm,該同學保持磁感應強度B=0.10 T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.根據表中數據在圖2中畫出UH—I圖線,利用圖線求出該材料的霍爾係數為______×10-3V·m·A-1·T-1(保留2位有效數字).
(3)該同學查閲資料發現,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,可以減小霍爾係數的測量誤差,為此該同學設計瞭如圖3所示的測量電路,S1,S2均為單*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*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.
【回答】
(1)M (2) 1.5(1.4~1.6) (3)bc, S1(或S2), E
【解析】
(1)根據左手定則得,正電荷向M端偏轉,所以應將電壓表的“+”接線柱與M端通過導線相連.
(2)UH-I圖線如圖所示.
根據知,圖線的斜率為,解得霍爾係數為:k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1. (3)為使電流從Q端流入,P端流出,應將S1擲向b,S2擲向c,為了保護電路,定值電阻應串聯在S1,E(或S2,E)之間.
知識點:質譜儀與迴旋加速器
題型:實驗,探究題