- 霍尔效应及其应用
- 共370题
1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形合D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:qvB=mvω
其中:
联立解得:T=
故周期与轨道半径无关,故A错误;
B、要加速次数最多最终能量最大,则被加速离子只能由加速器的中心附近进入加速器,而从边缘离开加速器,故B错误;
C、D、由于洛伦兹力并不做功,而离子通过电场时有qU=mv2,故离子是从电场中获得能量,故C错误,D正确;
故选:D.
磁强计是一种测量磁感应强度的仪器,其原理如图所示,电路中有一段金属导体,它的横截面是宽为a,高为b的长方形,放在沿y轴正方向的匀强磁场中,导体中通有沿x轴正方向、电流强度为I的电流.已知导体中单位体积的自由电子数为n,电子电量为e.测出导体前后两个侧面的电势差为U.
(1)导体前后两个侧面哪个面电势较高?
(2)磁感应强度B的大小为多大?
正确答案
解:(1)根据左手定则知,电子向下侧偏转,则导体下表面电势较低,上侧电势高;
(2)自由电子做定向移动,视为匀速运动,速度设为v,则单位时间内前进的距离为v,对应体积为va2,此体积内含有的电子个数为:nva2,电量为:neva2,有:
I==
=nea2v
电子受电场力和洛伦兹力平衡,有:
e=Bev
解得:
B=
答:(1)导体上侧面电势较高;
(2)磁感应强度B的大小为.
解析
解:(1)根据左手定则知,电子向下侧偏转,则导体下表面电势较低,上侧电势高;
(2)自由电子做定向移动,视为匀速运动,速度设为v,则单位时间内前进的距离为v,对应体积为va2,此体积内含有的电子个数为:nva2,电量为:neva2,有:
I==
=nea2v
电子受电场力和洛伦兹力平衡,有:
e=Bev
解得:
B=
答:(1)导体上侧面电势较高;
(2)磁感应强度B的大小为.
如图所示,长方体发电导管的前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极,两极间距为d,极板面积为S,这两个电极与可变电阻R相连.在垂直前后侧面的方向上,有一匀强磁场,磁感应强度大小为B.发电导管内有电阻率为ρ的高温电离气体,气体以速度v向右流动,并通过专用管道导出.由于运动的电离气体,受到磁场的作用,将产生大小不变的电动势.若不计气体流动时的阻力,由以上条件可推导出可变电阻消耗的电功率
.调节可变电阻的阻值,根据上面的公式或你所学过的物理知识,可求得可变电阻R消耗电功率的最大值为( )
正确答案
解析
解:根据平衡有:qvB=q,解得电源的电动势E=Bdv.
当外电阻与内阻相等时,可变电阻消耗的电功率最大.内阻r=.
则电流I=
.故B正确,A、C、D.
故选B.
如图所示为磁流体发电机的示意图.在距离为d的两平行金属板间,有方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.左侧有高速运动的等离子体(含有相等数量的正、负离子)射入其间,设每个离子所带的电量为q,射入速度为V,重力不计,离子在洛仑兹力的作用下发生偏转,分别聚集在M、N板上,使该装置成为一个电源,则此发电机的电动势为______.当闭合开关K时通过R的电流方向为______ (填“向上”或“向下”)
正确答案
Bvd
向下
解析
解:当等离子体受电场力和洛伦兹力处于平衡时,有:.则电动势E=Bvd.正电荷向上偏,负电荷向下偏,最终上极板带正电,下极板带负电,则闭合开关K时通过R的电流方向为:向下.
故答案为:Bvd,向下.
利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域;如图所示是霍尔元件的工作原理示意图,磁场方向垂直于霍尔元件的工作面向下,磁感应强度大小为B,通入图示方向的电流I,在M、N两侧面就会出现电压,称为霍尔电压UN,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:ABC、电流的方向由E到F,则电子定向移动的方向由F到E,根据左手定则,电子向M侧面偏转,则M侧面带负电,N侧面失去电子带正电,所以N侧面的电势高于M侧面.最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,有:,设MN间的距离为d,厚度为a,电流I=nevs=nevda,则
.知霍尔电压UN与材料、以及磁感应强度和电流有关.仅增大磁感应强度,霍尔电压UN变大.故A、B错误,C正确.
D、在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,由于磁场方向是水平方向,所以元件的工作面应保持竖直.故D错误.
故选C.
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