Question

霍爾元件可以用來檢測磁場及其變化．圖甲為使用霍爾元件測量通電直導線產生磁場的裝置示意圖．由于磁芯的作用，霍爾元件所處區域磁場可看做勻強磁場．測量原理如乙圖所示，直導線通有垂直紙面向里的電流，霍爾元件前、后、左、右表面有四個接線柱，通過四個接線柱可以把霍爾元件接入電路．所用器材已在圖中給出，部分電路已經連接好．為測量霍爾元件所處區域的磁感應強度B；
 
（1）制造霍爾元件的半導體參與導電的自由電荷帶負電，電流從乙圖中霍爾元件左側流入，右側流出，霍爾元件

 

（填“前表面”或“后表面”）電勢高；
（2）在圖中畫線連接成實驗電路圖；
（3）已知霍爾元件單位體積內自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為e，霍爾元件的厚度為h，為測量霍爾元件所處區域的磁感應強度B，還必須測量的物理量有

 

（寫出具體的物理量名稱及其符號），計算式B=

 

．

Answer 1

分析：（1）磁場是直線電流產生，根據安培定則判斷磁場方向，再根據左手定則判斷負電荷的受力分析，得到前后表面的電勢高度；
（2）通過變阻器控制電流，用電壓表測量電壓；
（3）根據載流子受累積電荷的電場力和洛倫茲力而平衡列式，再根據電流的微觀表達式列式，最后聯立求解即可．

解答：解：（1）磁場是直線電流產生，根據安培定則，磁場方向向下；電流向右，根據左手定則，安培力向內，載流子是負電荷，故后表面帶負電，前表面帶正電，故前表面電勢較高；
（2）變阻器控制電流，用電壓表測量電壓，電路圖如圖所示：

（3）設前后表面的厚度為d，最終電子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡，有：
q

U

d

=qvB
根據電流微觀表達式，有：
I=neSv=ne（dh）v
聯立解得：
B=

nebU

I

故還必須測量的物理量有：電壓表讀數U，電流表讀數I；
故答案為：
（1）前表面；
（2）如圖所示；
（3）電壓表讀數U，電流表讀數I；

nebU

I

．

點評：本題關鍵是明確霍耳電壓的產生原理，要能夠根據平衡條件和電流微觀表達式列式分析；還要注意控制電路和測量電路的接法；不難．