Question

【題目】在第三次工業(yè)革命的今天，新材料的發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用尤為重要。我國某科研機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)一種新型的半導(dǎo)體材料，目前已經(jīng)知道這種半導(dǎo)體材料的載流子（參與導(dǎo)電的“帶電粒子”）的電荷量的值是e（電子電量的絕對(duì)值），但不知道它的電性和載流子的數(shù)密度n（單位體積中載流子的數(shù)量）。為了測(cè)定這種材料中的載流子是帶正電還是帶負(fù)電，以及載流子的數(shù)密度，科學(xué)家把這種材料先加工成一塊偏平的六面體樣品，這塊樣品的長(zhǎng)、寬和厚度分別為a、b、d（如圖中所示）。現(xiàn)將這塊樣品接入電路中，且把靠外的偏平面標(biāo)記為M，靠里的偏平面標(biāo)記為N，然后在垂直于大平面的方向加上一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。接通電鍵S，調(diào)節(jié)可變電阻R．使電路中產(chǎn)生合適的電流。然后用電壓表判定M、N兩個(gè)面的電勢(shì)高低并測(cè)定M、N間的電壓（也叫霍耳電壓），從而得到這種半導(dǎo)體材料載流子的電性和數(shù)密度。

（1）當(dāng)M的電勢(shì)比N的電勢(shì)低時(shí)，材料中的載流子帶 電（填“正”或“負(fù)”）；

（2）為了測(cè)定載流子的數(shù)密度n，除題目中已給出的數(shù)據(jù)外，還需要測(cè)定的物理量有（寫出物理量的含義并設(shè)定相應(yīng)的符號(hào)） ；

（3）根據(jù)題設(shè)條件和你測(cè)定的物理量，寫出載流子的數(shù)密度的表達(dá)式n= 。

Answer 1

【答案】（1）負(fù)（3分）；（2）電路中的電流強(qiáng)度（電流表的讀數(shù)）I，M、N間的電壓（電流表的讀數(shù)或霍耳電壓）U（各2分）； （3）（3分）。

【解析】試題分析：（1）根據(jù)左手定則，載流子如果是正電荷，M板將帶正電，是高電勢(shì)，因此材料中的載流子帶負(fù)電。

（2）根據(jù)（3）中的最簡(jiǎn)式，可知還需要測(cè)量I和U。

（3）電流的微觀解釋是I=neSv，橫截面積S=bd，電壓達(dá)到穩(wěn)定以后有qvB=qE，場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系是U=dE，聯(lián)立以上各式得。