Question

3．圖甲為用霍爾元件測(cè)量通電直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)的示意圖，霍爾元件所處區(qū)域磁場(chǎng)可看做勻強(qiáng)磁場(chǎng)．測(cè)量原理如乙圖所示，直導(dǎo)線通有垂直紙面向里的電流，霍爾元件前、后、左、右表面有四個(gè)接線柱，通過四個(gè)接線柱可以把霍爾元件接入電路，所用器材已在圖中給出，部分電路已經(jīng)連接好．
（1）若霍爾元件中的自由電荷帶負(fù)電、電流從乙圖中霍爾元件左側(cè)流入，右側(cè)流出，霍爾元件前表面（填“前表面”或“后表面”）電勢(shì)高；
（2）在圖中畫線連接在實(shí)驗(yàn)電路圖；
（3）已知霍爾元件單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為e，霍爾元件的厚度為h，某次測(cè)量時(shí)，電流表讀數(shù)為I，電壓表讀數(shù)為U，待測(cè)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=$\frac{nebU}{I}$．

Answer 1

分析 （1）磁場(chǎng)是直線電流產(chǎn)生，根據(jù)安培定則判斷磁場(chǎng)方向，再根據(jù)左手定則判斷負(fù)電荷的受力分析，得到前后表面的電勢(shì)高度；
（2）通過變阻器控制電流，用電壓表測(cè)量電壓；
（3）根據(jù)載流子受累積電荷的電場(chǎng)力和洛倫茲力而平衡列式，再根據(jù)電流的微觀表達(dá)式列式，最后聯(lián)立求解即可．

解答 解：（1）磁場(chǎng)是直線電流產(chǎn)生，根據(jù)安培定則，磁場(chǎng)方向向下；電流向右，根據(jù)左手定則，安培力向內(nèi)，載流子是負(fù)電荷，故后表面帶負(fù)電，前表面帶正電，故前表面電勢(shì)較高；
（2）變阻器控制電流，用電壓表測(cè)量電壓，電路圖如圖所示：

（3）設(shè)前后表面的厚度為d，最終電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下處于平衡，有：
q$\frac{U}1111111$=qvB
根據(jù)電流微觀表達(dá)式，有：
I=neSv=ne（dh）v
聯(lián)立解得：
B=$\frac{nebU}{I}$
故答案為：
（1）前表面；
（2）如圖所示；
（3）$\frac{nebU}{I}$．

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵是明確霍耳電壓的產(chǎn)生原理，要能夠根據(jù)平衡條件和電流微觀表達(dá)式列式分析；還要注意控制電路和測(cè)量電路的接法；不難．