Question

9．霍尔元件可以用来检测磁场及其变化，测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B的实验电路如图所示：

（1）制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，所测磁场的方向竖直向下，霍尔元件前（填“前”或“后”） 表面电势高；
（2）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，霍尔元件长为a，宽为b，高为h，为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，还必须测量的物理量有电压表读数U，电流表读数I（写出具体的物理量名称及其符号），计算式B=$\frac{nqhU}{I}$．

Answer 1

分析 （1）磁场是直线电流产生，根据安培定则判断磁场方向，再根据左手定则判断负电荷的受力分析，得到前后表面的电势高低关系；
（2）根据载流子受累积电荷的电场力和洛伦兹力而平衡列式，再根据电流的微观表达式列式，最后联立求解即可．

解答 解：（1）磁场是直线电流产生，根据安培定则，磁场方向向下；电流向右，根据左手定则，安培力向内，载流子是负电荷，故后表面带负电，前表面带正电，故前表面电势较高；
（2）霍尔元件长为a，宽为b，高为h，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有：$\frac{qU}{b}$=qvB
根据电流微观表达式，有：
I=neSv=ne（hb）v
联立解得：B=$\frac{nqhU}{I}$，故还必须测量的物理量有：电压表读数U，电流表读数I；
故答案为：
（1）前；（2）电压表读数U，电流表读数I；$\frac{nqhU}{I}$．

点评 本题关键是明确霍耳电压的产生原理，要能够根据平衡条件和电流微观表达式列式分析；还要注意控制电路和测量电路的接法；不难．