Question

17．霍爾效應(yīng)是電磁基本現(xiàn)象之一，近期我國(guó)科學(xué)家在該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究上取得了突破性進(jìn)展．如圖1所示，在一矩形半導(dǎo)體薄片的P、Q間通入電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，在M、N間出現(xiàn)電壓U_H，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，U_H稱為霍爾電壓，且滿足U_H=K$\frac{IB}4sioaik$，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)．某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定該半導(dǎo)體薄片的霍爾系數(shù)．

①若該半導(dǎo)體材料是空穴（可視為帶正電粒子）導(dǎo)電，電流與磁場(chǎng)方向如圖1所示，該同學(xué)用電壓表測(cè)量U_H時(shí)，應(yīng)將電壓表的“+”接線柱與M（填“M”或“N”）端通過(guò)導(dǎo)線相連．
②已知薄片厚度d=0.40mm，該同學(xué)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.10T不變，改變電流I的大小，測(cè)量相應(yīng)的U_H值，記錄數(shù)據(jù)如下表所示．

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(nèi)畫(huà)出U_H-I圖線，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）．
③該同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，使半導(dǎo)體薄片中的電流反向再次測(cè)量，取兩個(gè)方向測(cè)量的平均值，可以減小霍爾系數(shù)的測(cè)量誤差，為此該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖2所示的測(cè)量電路，S₁、S₂均為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，虛線框內(nèi)為半導(dǎo)體薄片（未畫(huà)出）．為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S₁擲向b（填“a”或“b”），S₂擲向c（填“c”或“d”）．
為了保證測(cè)量安全，該同學(xué)改進(jìn)了測(cè)量電路，將一合適的定值電阻串聯(lián)在電路中．在保持其它連接不變的情況下，該定值電阻應(yīng)串聯(lián)在相鄰器件S₁和E（或S₂，E）（填器件代號(hào)）之間．

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(zhuǎn)的俄方向，得出電勢(shì)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(jié)合表達(dá)式求出霍爾系數(shù)．
③根據(jù)電流的流向確定單刀雙擲開(kāi)關(guān)的擲向位置．

解答 解：①由于導(dǎo)電空穴為帶正電的粒子，由電流方向和磁場(chǎng)方向結(jié)合左手定則可判斷出正粒子向M板偏轉(zhuǎn)，故M板的電勢(shì)高，電壓表的“+”接線柱應(yīng)與M端連接．
②根據(jù)表格數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、連線，注意使圖線盡可能多的穿過(guò)坐標(biāo)點(diǎn)，不在線上的點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)予以舍去；
U_H-I圖線如圖所示．

根據(jù)U_H=k$\frac{IB}cci6eau$ 知，
圖線的斜率為k$\frac{B}uug2kgo$=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．
③為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S₁擲向b，S₂擲向c，為了保護(hù)電路，定值電阻應(yīng)串聯(lián)在S₁，E（或S₂，E）之間．
故答案為：①M(fèi)；②1.5（1.4或1.6均算正確）； ③b，c，S₁，E（或S₂，E）．

點(diǎn)評(píng) 考查游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)與讀數(shù)，電壓表的使用，左手定則，閉合電路歐姆定律在科研領(lǐng)域的滲透與簡(jiǎn)單應(yīng)用．解決本題的關(guān)鍵知道霍爾效應(yīng)的原理，并能靈活運(yùn)用．掌握描點(diǎn)作圖的方法．