如图所示,Ml M2和 M3 M4都是由无限多根无限长的外表面绝缘的细直导线紧密排列成的导

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  • 解题思路:先根据无限长直线电流产生的磁感应强度的公式,以及矢量合成的方法,求出半导体所在处的磁感应强度,然后结合霍尔效应的相关公式,即可求得此半导体片的左右两个侧面之间的电势差.

    考察导线排M1M2中的电流产生的磁场,取x轴与导线排M1M2重合,y轴与导线排M1M2垂直,如图1所示.位于x轴x+△x(△x为小量)之间的细导线可以看作是“一根”通有电流D1△x的长直导线,它在y轴上P点产生的磁感应强度的大小为  △B=k

    Iλ△x

    r  ①

    r为P点到此直长导线的距离,△B的方向与r垂直,与电流构成右手螺旋,将△B分解成沿x方向和y方向的两个分量△Bx和△By,有

    △Bx=k

    Iλ△x

    rcosθ ②

    △By=k

    Iλ△x

    rsinθ ③

    根据对称性,位于-x到-(x+△x)之间的细导线中电流产生的磁感应强度在y方向的分量与△By大小相等、方向相反,可见整个导线排中所有电流产生的磁场在y方向的合磁场为0.由图1可看出

    [△xcosθ/r=△θ④

    把④式代入②式得△Bx=kD1△θ  ⑤

    导线排上所有电流产生的磁感应强度

    B=∑△Bx=∑kIλ△θ  ⑥

    注意到,得B=kπλl  ⑦

    即每个导线排中所有电流产生的磁场是匀强磁场,磁场的方向分别与M1M2和M3M4导线排平行,如图2所示,两导线排中电流产生的磁感应强度B(M1M2)与B(M3M4)成120°,它们的合磁场的磁感应强度的大小

    B0=2Bcos60°=kπλl  ⑧

    方向与OO′平行,由O指向O′.

    2.半导体片左右两侧面间的电势差

    当半导体片中通有均匀电流I0时,半导体片中的载流子作定向运动,N型半导体的载流子带负电荷,故其速度v的方向与I0方向相反,垂直纸面向里,且有

    I0=nqvS  ⑨式中S为半导体片横截面的面积

    S=

    .

    ab•l  ⑩

    载流子作定向运动时要受到磁场洛伦兹力fB的作用,其大小为

    fB=qvB0(11)

    对带负电荷的载流子此力的方向指向左侧,于是负电荷积聚在左侧面上,从而左侧面带负电,右侧面带正电,两侧面间出现电势差U=U-U.带负电荷的载流子受到静电力fE由左侧面指向右侧面,达到稳定时,fE与fB平衡,即

    fE=

    U

    .

    ab•q=fB  (12)

    由⑧、⑨、⑩、(11)、(12)各式得

    U=k

    πλI•I0

    nql]

    答:此半导体片的左右两个侧面之间的电势差为

    kπλI•I0

    nql.

    点评:

    本题考点: 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向.

    考点点评: 该题考查无限长直线电流产生的磁感应强度的公式,以及矢量合成的方法,以及霍尔效应等知识点,属于高中物理竞赛的知识点与题目.题目的难度大.