- 霍尔效应及其应用
- 共370题
一长方形金属块(上表面为M,下表面为N)放在匀强磁场B中,如图所示,今将金属块通以如图所示的电流I,则( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则,知电子向上极板偏转,则上表面带负电,下表面失去电子带正电.则φM<φN.故A错误,B正确.
C、设金属块的长宽高分别为a、d、b,根据qvB=,所以U=Bvb,因为电流的微观表达式I=nqvS=nqvdb,则v=
,则
,因为
是常数,所以金属板的电势差
(K为常量),其中d为金属块沿着磁场方向的距离.故C错误,D正确.
故选BD.
目前,世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机.如图所示表示它的原理:将一束等离子体喷射入磁场,在磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压.如果射入的等离子体速度均为v,两金属板的板长为L,板间距离为d,板平面的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于喷射等离子体的方向,负载电阻为R,电离气体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时,电流表示数为I.那么,关于板间电离气体的电阻率和A、B板带电情况正确的是( )
正确答案
解析
解:由左手定则知,正离子向B板运动,即B板带正电.发电机稳定时,离子所受电场力等于洛伦兹力得:U=Bvd,又
,R1为板间电离气体的电阻,且
,联立得到电阻率ρ的表达式为
.故B、C正确,A、D错误.
故选BC.
霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展.如图1所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数.某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数.
①若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图1所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与______(填“M”或“N”)端通过导线相连.
②已知薄片厚度d=0.40mm,该同学保持磁感应强度B=0.10T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如下表所示.
根据表中数据在图3中画出UH-I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10-3V•m•A-1•T-1(保留2位有效数字).
③该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图2所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出).为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向______(填“a”或“b”),S2掷向______(填“c”或“d”).
为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中.在保持其它连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件______和______(填器件代号)之间.
正确答案
解:①根据左手定则得,正电荷向M端偏转,所以应将电压表的“+”接线柱与M端通过导线相连.
②UH-I图线如图所示.根据知,图线的斜率为
=k
=0.375,解得霍尔系数k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1.
③为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向b,S2掷向c,为了保护电路,定值电阻应串联在S1,E(或S2,E)之间.
故答案为:①M ②如图所示,1.5(1.4或1.6)③b,c;S1,E(或S2,E)
解析
解:①根据左手定则得,正电荷向M端偏转,所以应将电压表的“+”接线柱与M端通过导线相连.
②UH-I图线如图所示.根据知,图线的斜率为
=k
=0.375,解得霍尔系数k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1.
③为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向b,S2掷向c,为了保护电路,定值电阻应串联在S1,E(或S2,E)之间.
故答案为:①M ②如图所示,1.5(1.4或1.6)③b,c;S1,E(或S2,E)
如图所示,有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B,金属块的厚度为d,高为h.当有稳恒电流I平行平面C的方向通过时,由于磁场力的作用,金属块的上下两表面M、N间的电压为U,则金属块中单位体积内的自由电子数目为( )
正确答案
解析
解:A、B、由图,磁场方向向里,电子向左移动,根据左手定则,电子向上表面偏转,上表面得到电子带负电,所以下表面带正电.故A错误,B正确.
C、D、再根据e=evB,I=neSv=nehdv,得:n=
,故C正确,D错误.
故选:BC.
如图所示,一段长方体形导电材料,左右两端面的边长都为a和b,内有带电量为q的某种自由运动电荷.导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为U,且上表面的电势比下表面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为( )
正确答案
解析
解:因为上表面的电势比下表面的低,根据左手定则,知道移动的电荷为负电荷.因为qvB=q,解得v=
,因为电流I=nqvs=nqvab,解得n=
.故C正确,A、B、D错误.
故选C.
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