【題目】把沿x方向通有電流(x方向的電場強(qiáng)度為Ex)的長方體形的半導(dǎo)體材料,放在沿z方向的勻強(qiáng)磁場中,半導(dǎo)體材料的六個(gè)表面分別與相應(yīng)的坐標(biāo)平面平行;磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為Bx.在垂直于電場和磁場的+y或-y方向?qū)a(chǎn)生一個(gè)橫向電場Ey,這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電場稱為霍爾電場。實(shí)驗(yàn)表明霍爾電場Ey與電流的電流密度Jx和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx的乘積成正比,即Ey=RHJxBz,比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù)。
某半導(dǎo)體材料樣品中有兩種載流子:空穴和電子;空穴和電子在單位電場下的平均速度(即載流子的平均速度與電場成正比的比例系數(shù))分別為μp和-μn,空穴和電子的數(shù)密度分別為p和n,電荷分別為e和
一e.試確定該半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)。
【答案】
【解析】
為確定起見,取坐標(biāo)系如圖所示,磁場沿Z方向,通電電流密度Jx沿x方向。設(shè)半導(dǎo)體材料中的載流子空穴和電子沿x方向的平均速率分別為vpx 和vnx,
由J=I/s,I=nqvs,得J=nqv
由題中已知條件知:空穴和電子的(單位體積內(nèi)的)數(shù)密度為p和n;
故沿x方向的電流密度為
Jx=ep vpx +(-e)n(-vnx)
由題意知,其中 vpx=μpEx;-vnx=-μnEx
如果沿x方向的電流中只有一種載流子,則當(dāng)作用于載流子的洛侖茲力與霍爾電場的作用力平衡時(shí),霍爾電場達(dá)到穩(wěn)定,如金屬導(dǎo)體。
在半導(dǎo)體中,存在兩種載流子,兩種載流子受到的外磁場的洛侖茲力方向相同,受到的霍爾電場力方向相反,兩種載流子受到的洛侖茲力不可能同時(shí)與霍爾電場力平衡,所以在半導(dǎo)體樣品內(nèi)存在載流子的橫向流動(dòng),當(dāng)任何時(shí)刻流向樣品同一側(cè)的空穴數(shù)與電子數(shù)相等時(shí),霍爾電場便達(dá)到穩(wěn)定。
(這段話講述了半導(dǎo)體霍爾元件的工作機(jī)理,我比較淺顯的理解是,①“當(dāng)任何時(shí)刻流向樣品同一側(cè)的空穴數(shù)與電子數(shù)相等時(shí)”,這里空穴與電子在樣品同一側(cè)的流向是一致的,效果是相消的;②一開始空穴與電子在樣品同一側(cè)的流向是一致的,但數(shù)量是不相等的,比如一開始是空穴多,電子少;那么積累的電場不利于空穴的繼續(xù)積累,而有利于電子的繼續(xù)積累。但在這個(gè)階段,霍爾電場在持續(xù)的增強(qiáng)。③同一側(cè)的空穴數(shù)與電子數(shù)相等時(shí),霍爾電場就穩(wěn)定了!)
設(shè)兩種載流子的橫向平均速率分別為vpy 和vny,則橫向電流密度為
Jy=ep(-vpy)+(-e)n(-vny)
這時(shí),空穴在橫向受到的作用力大小為:
Fpy=e[Ey-vpxBz]
這時(shí)的力是合力,其中[Ey-vpxBz]是等效合場強(qiáng);
同理:電子在橫向受到的作用力的大小為
Fny=(-e)[Ey-(-vnx)Bz]
其中[Ey-(-vnx)Bz]是等效合場強(qiáng);
故兩種載流子的橫向平均速度為
-vpy=μp·Ey合=μp·[Ey-vpxBz]
-vny=-μp·E′y合=-μn·[Ey+vnxBz]
(個(gè)人粗淺的理解:個(gè)人覺得這個(gè)式子的得到與題中的表述是有一定差異的,題中說是“成正比”,“在單位電場下”,而這里卻是用了一個(gè)等效的合場強(qiáng))
霍爾電場達(dá)到穩(wěn)定時(shí)有,Jy=0
綜上各式
Ey=
因?yàn)椋?/span>Ey=RHJxBz
得霍爾系數(shù)
RH=
(注意:這里還要將Jx算出來,代進(jìn)去)
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,一個(gè)滑塊套在粗細(xì)均勻的水平固定直桿上,小球有細(xì)線與滑塊相連,對(duì)小球施加大小為F的拉力,結(jié)果小球處于靜止,滑塊剛好要滑動(dòng),細(xì)線與水平方向的夾角為,拉力與水平方向的夾角為,滑塊與直桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度為g,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。求:
(1)小球的質(zhì)量;
(2)滑塊的質(zhì)量。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】某學(xué)生用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50Hz的交流電源上,實(shí)驗(yàn)時(shí)得到一條紙帶。他在紙帶上便于測(cè)量的地方,每5個(gè)點(diǎn)選擇一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn),由于打點(diǎn)模糊期中有一個(gè)B點(diǎn)無法畫出。他測(cè)得AC長為14.56cm,CD長為11.15cm,DE長為13.73cm,則小車在CE段的平均速度大小為__________m/s,小車在C點(diǎn)的瞬時(shí)速度為____________m/s,小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為____________m/s2,AB的距離應(yīng)為 _____________cm。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,將一塊均勻木板條輕輕平放在兩輪上,兩個(gè)輪子的半徑均為R=0.20 m、間距為d =1.6 m,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以角速度=8.0 rad/s勻速同向轉(zhuǎn)動(dòng),兩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一水平面上,相互平行,開始時(shí)木板條的重心恰好在右輪的正上方。已知木板條的長度L>2d,木板條與輪子間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.16,則木板條運(yùn)動(dòng)到重心恰好到達(dá)左輪正上方所需的時(shí)間是
A.1 sB.0.785 sC.1.5 sD.條件不足,無法判斷
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,物體從光滑斜面的頂端A點(diǎn)由靜止開始勻加速下滑,經(jīng)過B點(diǎn)后進(jìn)入粗糙的水平面做勻減速運(yùn)動(dòng)(設(shè)經(jīng)過B點(diǎn)前后速度大小不變),最后停在C點(diǎn).每隔0.2s通過速度傳感器測(cè)量物體的速度,下表給出了部分測(cè)量數(shù)據(jù)(g=10m/s2)。求:
(1)在水平面上勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度?
(2)從開始運(yùn)動(dòng)到停止所用的總時(shí)間?
(3)斜面的長度L?
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【題目】某同學(xué)研究“彈簧彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時(shí),安裝實(shí)驗(yàn)裝置,讓刻度尺零刻度線與彈簧上端平齊,在彈簧下端掛1個(gè)鉤碼時(shí),靜止時(shí)彈簧的長度為l1,如圖所示,l1=____cm.在彈簧下端分別掛2,3,4,5個(gè)鉤碼時(shí),彈簧的長度為l2,l3,l4,l5。已知每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為50g,掛2個(gè)鉤碼時(shí)彈簧彈力F2=_____N(g取9.8m/s2).要測(cè)出彈簧的伸長量x,還需要測(cè)量的是______.從而作出F-x曲線,得到彈力與伸長量的關(guān)系.
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】在軍事演習(xí)中,某空降兵從飛機(jī)上跳下,先做自由落體運(yùn)動(dòng),在時(shí)刻速度達(dá)到最大值時(shí),打開降落傘做減速運(yùn)動(dòng)。在時(shí)刻以較小速度著地.他的圖象如圖所示,下列關(guān)于空降兵在或時(shí)間內(nèi)的結(jié)論正確的是
A.0~t1時(shí)間內(nèi),空降兵的位移
B.t1~t2時(shí)間內(nèi),空降兵的位移
C.t1~t2時(shí)間內(nèi),空降兵的平均速度
D.t1~t2時(shí)間內(nèi),空降兵做加速運(yùn)動(dòng),加速度越來越小
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【題目】如圖所示,是一種加速度計(jì)的設(shè)計(jì)圖。較重的滑塊2可以在光滑的框架l中平移,滑塊兩側(cè)用兩根相同的彈簧3拉著;R為滑動(dòng)變阻器,4是滑動(dòng)片,它與電阻器任一端間的電阻值都與它到這端的距離成正比。兩個(gè)電池E的電壓相同。按圖連接電路后,調(diào)電壓表指針恰好在中央的零點(diǎn)。已知當(dāng)P端的電勢(shì)高于Q端時(shí),指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上,則下列說法正確的是
A. 當(dāng)框架和物體一起向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)
B. 當(dāng)框架和物體一起向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)
C. 當(dāng)框架和物體一起向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)
D. 當(dāng)框架和物體一起向左加速運(yùn)動(dòng)時(shí),電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,一絕熱容器被隔板K隔開a、b兩部分.已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空.抽開隔板K后,a內(nèi)氣體進(jìn)入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài).在此過程中( )
A. 氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少
B. 氣體不做功,內(nèi)能不變
C. 氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低
D. 氣體壓強(qiáng)變小,溫度不變
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