物理能力训练(11)
1.求解半导体载流子的浓度
载流子浓度是半导体材料的重要参数,工艺上通过控制三价或者五价掺杂原子的浓度,来控制P型或者N型半导体的载流子浓度。利用霍尔效应可以测量载流子的浓度或者类型。如图所示一块半导体材料样品,均匀磁场垂直于样品表面,样品中通过的电流为I,现在测得霍尔电压为UH,证明样品载流子浓度为
n?IB
edUH证明:通电半导体中的载流子在洛仑兹力的作用下,逐渐积累在相距为b的导体两侧,形成霍尔电压
UH?VBb
而流经导体横截面S(S=bd)的电流为
I?jbd?neVbd
由此可得到,载流子的浓度为
n?IB edUH
2.求解加磁场后水银的流速
如图所示,有一个长为l,宽为b,高为h的矩形管,图中前后两侧面(阴影部分)为导体板,其余部分为绝缘板,用导线将两金属板相连,金属板和导线的电阻可以忽略不计。今有电阻率为?的水银流过矩形管,流速为V0.设管中水银的流速与管两端的压强差成正比,已知流速为V0时的压强差为
P0,在垂直于矩形管上下平面的方向上加均匀磁场,磁感强度为B,试求:
加磁场后水银的流速。
解:由分析可以得到,由于水银的流动,产生压差的增量为
FB2Vl?P????
S?此时管两端的压差为
P?P0??P?P0?又根据题意,有
B2Vl?
P??PV?0 V0P0解,得到
V?V0 2BlV01??P0
3.求解输电线中的电流和输送的电功率
一直流变电站将电压为500kV的直流电,通过两条截面不计的平行输电线输向远方。已知两输电导线间单位长度的电容为3.0?10消,试求:
(1) 通过输电线的电流; (2) 输送的功率。
分析:当平行输电线中的电流相反时,它们之间存在相互排斥的安培力,其大小可由安培定律确定。若两导线间距为d,一导线在另一导线位置激发的磁感强度B??11F/m,若导线间的静电力与安培力正好抵
?0I,2?d导线单位长度所受安培力的大小为fB?BI。由于电流是电荷的定向运动形成的,可将导线看作带等量异号电荷的导体,因为两导线间单位长度的电容C和电压U已知,则单位长度导线所带的电荷??CU,一导线在另一导线位置所激发的电场强度
E??,两导线间的单位长度所受的静电吸引力fE?E?。使静电力和安培力正
2??0d好抵消,即
??fB?fE?0
可以解得输电线中的电流。
解:由分析,单位长度导线所受的安培力和静电力分别为
?0I2fB?BI?
2?dC2U2 fE?E??2??0d??由于fB?fE?0,可得到
?0I2C2U2 ?2?d2??0d解,得到
I?CU?0?0?4.5?103A
(2)输出功率为
P?IU?2.25?109W。
答案:
12-13学年高二物理第一学期 能力训练(11)



