- 霍尔效应及其应用
- 共370题
如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足:UH=k
,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离.电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则( )
正确答案
解析
解:A、根据电流周围存在磁场,结合安培定则可知,磁场的方向,而电子移动方向与电流的方向相反,再由左手定则可得,电子偏向内侧,导致前表面的电势高于后表面,故A错误;
B、当电源正负对调后,磁场虽反向,而电子运动方向也反向,由左手定则可知,洛伦兹力的方向不变,则电压表将不会反偏,故B错误;
C、如图所示,霍尔元件与电阻R串联后与RL并联,根据串并联特点,则有:IHR=(I-IH)RL;因此则有IH与I成线性关系,故C正确;
D、根据U=k,且磁感应强度大小B与I成正比,即为B=K′I,又IH与I成线性关系,结合P=UI,
因此:U==
,则有U与PRL成正比,故D正确;
故选:CD.
半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的材料.参与半导体导电的粒子--载流子有两种:自由电子和空穴,自由电子导电是大家所熟悉的,不过半导体中的自由电子浓度比金属中小得多.“空穴”可以看成是带正电粒子,空穴的定向移动也形成电流,那就是空穴导电,这样我们就可以以参与导电的载流子不同而将半导体分为两类:P型半导体和N型半导体,以空穴导电为主的半导体叫P型半导体,以自由电子导电为主的半导体叫N型半导体.如图所示,是为了检验半导体材料的类型和对材料性能进行测试的装置示意图,图中一块半导体样品板放在垂直于板平面水平向里的匀强磁场中,当有大小为I的恒定电流垂直于磁场方向通过样品板时,在板的上、下两个侧面之间会产生个恒定的电势差U1-U2.
(1)如果测得U1-U2>0,则这块样品板的载流子是正电荷还是负电荷?说明理由.
(2)设磁场的磁感应强度为B,样品板的厚度为d,宽度为b,每个载流子所带电量的绝对值为e.证明,样品板在单位体积内参与导电的载流子数目为n=•
.
正确答案
解:(1)上极板电势高,说明上极板带正电荷,结合左手定则可知,载流子带正电,是P型半导体;
(2)载流子的洛伦兹力与电场力平衡,即:
F洛=F电
evB=e
故U1-U2=Bbv
根据电流的微观表达式,有:I=nebdv
联立解得得n=
答:(1)带电粒子定向移动受洛仑兹力偏向上,使板的上侧面带正电;
(2)证明如上所示.
解析
解:(1)上极板电势高,说明上极板带正电荷,结合左手定则可知,载流子带正电,是P型半导体;
(2)载流子的洛伦兹力与电场力平衡,即:
F洛=F电
evB=e
故U1-U2=Bbv
根据电流的微观表达式,有:I=nebdv
联立解得得n=
答:(1)带电粒子定向移动受洛仑兹力偏向上,使板的上侧面带正电;
(2)证明如上所示.
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.以下正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则,正电荷向下偏,负电荷向上偏,所以A板带负电,B板带正电.故A正确,B错误.
C、最终电荷受电场力与洛伦兹力平衡,有:qvB=q,解得UAB=vBd.只增大入射速度,则电势差增大,只增大磁感应强度,电势差增大.故C、D正确.
故选ACD.
(2015秋•枣庄期末)霍尔元件的工作原理如图所示,沿x轴正方向的匀强磁场,磁感应强度为B,霍尔元件中电流为I,方向如图,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:ABC、运动电荷最终电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,设霍尔元件的长宽高分别为a、b、d,则有:q=qvB,
电流的微观表达式为:I=nqvS=nqvbd,
所以U=.B越大,上、下表面的电势差U越大.电流越大,上、下表面的电势差U越大.故AC正确,B错误.
D、若霍尔元件定向移动的是电子,根据楞次定律,则上表面的电势比下表面电势高,若定向移动的是正电荷,则上表面的电势比下表面的电势低.故D正确.
故选:ACD.
污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个内侧固定有金属板作为电极,污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、污水中正离子较多,正负离子向右移动,受到洛伦兹力,根据左手定则,正离子向后表面偏,负离子向前表面偏.所以前表面比后表面电势低.故A错误.
B、由A分析可知,前后面电势的高低与污水中有何种离子有关,故B正确;
C、Q=,则U=
,电压表的示数与磁感应强度、流量Q以及流量计的高低有关,与离子浓度无关.故C错误.
D、最终正负离子会受到电场力、洛伦兹力处于平衡,有qE=qvB,即=vB.而污水流量Q=vbc=
bc=
,可知Q与U成正比,与a、b无关.故D错误.
故选:B.
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