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(18分)
利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。
如图1,将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中,在薄片的两个侧面ab间通以电流I时,另外两侧cf间产生电势差,这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是cf间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EHUH达到稳定值,UH的大小与IB以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UHRH,其中比例系数RH称为霍尔系数,仅与材料性质有关。

(1)设半导体薄片的宽度(cf间距)为l,请写出UHEH的关系式;若半导体材料是电子导电的,请判断图1中cf哪端的电势高;[
(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e,请导出霍尔系数RH的表达式。(通过横截面积S的电流InevS,其中v是导电电子定向移动的平均速率);
(3)图2是霍尔测速仪的示意图,将非磁性圆盘固定在转轴上,圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体,相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时,霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图3所示。
a.若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,请导出圆盘转速N的表达式。
b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外,请你展开“智慧的翅膀”,提出另一个实例或设想。
(1);     c端电势高
(2)        
(3)a.          
b.提出的实例或设想合理即可
(1);     c端电势高
(2)由              ①
得           ②
当电场力与洛伦兹力相等时      
得                                       ③
又                                          ④
将③、④带入②
得                           
(3)a.由于在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,则
      
圆盘转速为           
b.提出的实例或设想合理即可
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:不详 题型:实验题

(10分)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U—I关系图线。

(1)实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0~10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0~100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。该同学做实验时,滑动变阻器选用的是       (选填“A”或“B”);请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中,已知电流传感器的示数为0.3A,电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为   W,电源的内阻为          Ω。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:实验题

某课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的“动能定理”。图甲所示,他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳,测出拉力F;用位移传感器测出小车的位移s和瞬时速度v。已知小车质量为200g。
小题1:某次实验得出拉力F随位移s变化规律如图乙所示,速度v随位移s变化规律如图丙所示。利用所得的F-s图象,求出s=0.30m到0.52m过程中变力F做功W=      J,此过程动能的变化△Ek=       J(保留2位有效数字)
小题2:指出下列情况可减小实验误差的操作是           (填选项前的字母,可能不止一个选项)。
A.使拉力F要远小于小车的重力         B.实验时要先平衡摩擦力     C.要使细绳与滑板表面平行

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科目:高中物理 来源:不详 题型:实验题

如图所示为某同学传感器研究小灯泡的U—I关系图线.实验中可用的器材有:电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围0~50Ω)、滑动变阻器R2(阻值变化范围0~1000Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.(1)实验中要求得到U—I关系的完整曲线,在方框中画出实验电路图,并标出所用滑动变阻器的符号.(2)由U—I关系图线可知,小灯泡灯丝电阻随温度升高而      (填“增大”、 “减小”或“不变”).(3)如果将该小灯泡分别接入甲、乙两个不同电路,如图所示,其中甲电路的电源为一节干电池,乙电路的电源为三节干电池,每节干电池的电动势为1.5 V,内阻为l.5Ω,定值电阻R=18Ω,则接入      (填“甲”或“乙”)电路时,小灯泡较亮些.(4)在乙电路中,小灯泡消耗的电功率为      W.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:实验题

通常情况下,电阻的阻值会随温度的变化而改变,利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计,从而用来测量较高的温度。如图所示,电流表量程为0~25mA,电源电动势为3V,内阻不计。R为滑动变阻器,电阻Rt作为温度计的测温传感器。当t≥0℃时,Rt的阻值随温度t的变化关系为Rt=20+0.5t(单位为Ω)。先把Rt放入0℃环境中,闭合电键S,调节滑动变阻器R,使电流表指针恰好满偏,然后把测温探头Rt放到某待测温度环境中,发现电流表的示数为10mA,该环境的温度为__________℃;当把测温探头Rt放到480℃温度环境中,电路消耗的电功率为__________W。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示的电路可将声音信号转化为电信号,该电路中右侧固定不动的金属板b,与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a通过导线与恒定电源两极相接,若声源s沿水平方向做有规律的振动,则(  )
A.a振动过程中,ab板间的电场强度不变
B.a振动过程中,ab板所带电量不变
C.a振动过程中,灵敏电流计中始终有方向不变的电流
D.a向右的位移最大时,ab两板所构成的电容器的电容量最大

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,在通电直导线下方,有一电子沿平行导线方向以速度v开始运动,则 (     )
A.将沿轨迹I运动,半径越来越小 B.将沿轨迹I运动,半径越来越大
C.将沿轨迹II运动,半径越来越小 D.将沿轨迹II运动,半径越来越大

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科目:高中物理 来源:不详 题型:实验题

(8分)运用玻意耳定律可以测量小晶体的密度,实验步骤如下:
Ⅰ.取适量小晶体,用天平测出其质量,然后将小晶体装入注射器内;
Ⅱ.缓慢推动活塞至某一位置,记录活塞所在位置的容积刻度V1通过压强传感器、数据采集器从计算机上读取此时气体的压强P1
Ⅲ.重复步骤Ⅱ,记录活塞在另一位置的容积刻度V2和读取相应的气体的压强P2
Ⅳ.处理记录的数据,算出小晶体的密度.

(1)为了减小实验误差,现采用作直线图线的方法来处理表格中的实验数据.按此要求,右边方格图的纵坐标应标明的物理量是_____________,横坐标则应标明_____________,根据表格数据在方格图中画出相应图线;

(2)如果图线的斜率用k表示,则注射器内小晶体的体积v0与容积刻度V、气体的压强P的关系表达式为:v0=__________________;
(3)实验测得这些小晶体的质量为6.48×10-3kg,则小晶体的密度大小为________kg/m3

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

下列器件是应用温度传感器的是:
A.电熨斗B.话筒C.电饭锅D.测温仪

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