Question

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。如圖丙所示，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，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)方向如圖丙所示，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_________(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

I(×10－3 A)	3.0	6.0	9.0	12.0	15.0	18.0
UH(×10－3 V)	1.1	1.9	3.4	4.5	6.2	6.8

相應(yīng)的U_H值，記錄數(shù)據(jù)如下表所示。

根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定區(qū)域內(nèi)（見(jiàn)答題卡）畫出U_H—I圖線，利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)為_(kāi)______________（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)了如圖丁所示的測(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（未畫出）。為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S₁擲向_______（填“a”或“b”）, S₂擲向_______（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____________和__________(填器件代號(hào))之間。

　　　　　　　　　　　　 圖丁

Answer 1

M

如右圖所示，1.5（1.4或1.6）

b，c；S₁，E

【KS5U解析】（1）由游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)原理可知測(cè)內(nèi)經(jīng)，應(yīng)選游標(biāo)卡尺的內(nèi)測(cè)量腳，故選填A(yù)；游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為11mm，游標(biāo)尺的讀數(shù)為50.05mm=0.25mm,故鋼筆帽的內(nèi)徑為11.25mm。

（2）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。（作圖暫略）。

由題意知，即圖線的斜率表示，將已知數(shù)據(jù)代入可求得。

③外電路中，電流由電源正極流出，經(jīng)用電器流入電源負(fù)極，故接b，接c時(shí)，電流自Q端流入P端流出；為了避免開(kāi)關(guān)接錯(cuò)位置導(dǎo)致電源短路而被燒壞，應(yīng)在開(kāi)關(guān)和電源E之間串聯(lián)一保護(hù)電阻。