◎ 题目

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a、b间通以电流I时，另外两侧c、f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c、f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，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UH=RH，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（c、f间距）为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图1中c、f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I=nevS，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象如图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。

◎ 答案

解：（1）UH=EHl；c端电势高 （2）由 ① 得 ② 当电场力与洛伦兹力相等时eEH=evB 得EH=vB ③ 又I=nevS ④ 将③、④代入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P=mNt 圆盘转速为 b．提出的实例或设想合理即可

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析，试题“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a、b间通以电流I时，另外两侧c、f…”主要考查了你对  【霍尔元件】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。