Question

15．霍爾效應是電磁現(xiàn)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間通入電流強度為I的電流，同時外加與薄片垂直的磁感應強度為B的磁場，則在M、N間出現(xiàn)大小為U_H的電壓，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應，U_H稱為霍爾電壓，且滿足${U_H}=k\frac{IB}qqpzjad$，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)．某同學通過實驗來測定該半導體薄片的霍爾系數(shù)．
（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U_H時，應將電壓表的“+”接線柱與M（選填“M”或“N”）端通過導線相連．

（2）該同學查閱資料發(fā)現(xiàn)，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(shù)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b（選填“a”或“b”），S₂擲向c（選填“c”或“d”）．
（3）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U_H值，記錄數(shù)據(jù)如表所示．

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)在給定區(qū)域內（見答題卡）畫出U_H-I圖線，請利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)為1.5×10^-3V•m•A^-1•T^-1（保留2位有效數(shù)字）．

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，結合表達式求出霍爾系數(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，所以應將電壓表的“+”接線柱與M端通過導線相連．
（2）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(lián)在S₁，E（或S₂，E）之間．
（3）U_H-I圖線如圖所示．根據(jù)U_H=k$\frac{IB}tftsxvq$ 知，圖線的斜率為k$\frac{B}ifelnbi$=k$\frac{0.1}{0.4×1{0}^{-3}}$=0.375，
解得霍爾系數(shù)k=1.5×10^-3V•m•A^-1•T^-1．
故答案為：（1）M；（2）b，c；（3）如上圖所示，1.5（1.4～1.6）．

點評 解決本題的關鍵知道霍爾效應的原理，并能靈活運用．掌握描點作圖的方法．