帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(10)(編輯修改稿)
2025-05-26 05:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的儀器 【 例 4】 (2022?北京卷 )利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器 ， 廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域 ． 圖 847 ? ?8 4 7 a.HHHHHHHB a b Icfc f EUEU U I B dIBURd??? 如 圖 ， 將 一 金 屬 或 半 導(dǎo) 體 薄 片 垂 直 置 于磁 場(chǎng) 中 ， 在 薄 片 的 兩 個(gè) 側(cè) 面 、 間 通 以 電 流 時(shí) ， 另 外兩 側(cè) 、 間 產(chǎn) 生 電 勢(shì) 差 ， 這 一 現(xiàn) 象 稱(chēng) 為 霍 爾 效 應(yīng) ． 其 原因 是 薄 片 中 的 移 動(dòng) 電 荷 受 洛 倫 茲 力 的 作 用 向 一 側(cè) 偏 轉(zhuǎn) 和積 累 ， 于 是 、 間 建 立 起 電 場(chǎng) ， 同 時(shí) 產(chǎn) 生 霍 爾 電 勢(shì) 差當(dāng) 電 荷 所 受 的 電 場(chǎng) 力 與 洛 倫 茲 力 處 處 相 等 時(shí) ， 和達(dá) 到 穩(wěn) 定 值 ， 的 大 小 與 和 以 及 霍 爾 元 件 厚 度 之間 滿(mǎn) 足 關(guān) 系 式 ， 其 中 比 例HR系 數(shù) 稱(chēng) 為 霍 爾 系數(shù) ， 僅 與 材 料 性 質(zhì) 有 關(guān) ． (1)設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度 (c、 f間距 )為 l， 請(qǐng)寫(xiě)出UH和 EH的關(guān)系式；若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的 ，請(qǐng)判斷圖 8410(a)中 c、 f哪端的電勢(shì)高 ． (2)已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為 n， 電子的電荷量為 e， 請(qǐng)導(dǎo)出霍爾系數(shù) RH的表達(dá)式 ． (通過(guò)橫截面積 S的電流 I=nevS， 其中 v是導(dǎo)電電子定向移動(dòng)的平均速率 )． (3)圖 847(b)是霍爾測(cè)速儀的示意圖 ， 將非磁性圓盤(pán)固定在轉(zhuǎn)軸上 ， 圓盤(pán)的周邊等距離地嵌裝著 m個(gè)永磁體 ， 相鄰永磁體的極性相反 ． 霍爾元件置于被測(cè)圓盤(pán)的邊緣附近 ． 當(dāng)圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ， 霍爾元件輸出的電壓脈沖信號(hào)圖象如圖 847(c)所示 ． ① 若在時(shí)間 t內(nèi) ， 霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為 P，請(qǐng)導(dǎo)出圓盤(pán)轉(zhuǎn)速 N的表達(dá)式 ． ② 利用霍爾測(cè)速儀可以測(cè)量汽車(chē)行駛的里程 ． 除此之外 ， 請(qǐng)你展開(kāi) “ 智慧的翅膀 ” ， 提出另一個(gè)實(shí)例或設(shè)想 ． ? ?? ?12HHHHH H HHHU E l cIBURdddR U E lI B I Be E e v BE v B?????? 端 電 勢(shì) 高由 ①得 ： ②當(dāng) 電 場(chǎng) 力 與 洛 倫 茲 力 相 等 時(shí)得【 解 析 】③? ?13/HI ne v SddR v Bl v lI B ne v S netP P m N tN P m t?? ? ??? 又 ④ 將 ③ ④ 代 入 ② ， 得 ：① 由 于 在 時(shí) 間 內(nèi) ， 霍 爾 元 件 輸 出 的 脈 沖 數(shù) 目為 ， 則 ：圓 盤(pán) 轉(zhuǎn) 速 為② 提 出 的 實(shí) 例 或 設(shè) 想 合 理 即 可點(diǎn)評(píng)： 應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的儀器這類(lèi)問(wèn)題 ， 雖然物理情境各不相同 ， 但是設(shè)計(jì)原理都是一樣的 ， 都是利用電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用 ． 所以 ， 運(yùn)用相關(guān)物理規(guī)律 ， 分析儀器的工作原理 ， 明確工作過(guò)程 ， 是解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵 ． 848是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 ． 帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后 ， 進(jìn)入速度選擇器 ． 速度選擇 器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和 S上有可讓粒子通過(guò) 的狹縫 P和記錄粒子位置的膠 片 S下方有強(qiáng)度為 B0 的勻強(qiáng)磁場(chǎng) ． 下列表述正確的 是 ( ) 圖 848 A． 質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B． 速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 C． 能通過(guò)狹縫 P的帶電粒子的速率等于 E/B D． 粒子打在膠片上的位置越靠近狹
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