霍尔效应及其应用_章节学习

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题型：单选题

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单选题

（2016•江苏一模）如图所示元件的材料为N型半导体，半导体内导电的粒子-“载流子”为自由电子．已知元件长为a、宽为b、厚为c，现将该半导体材料板放匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向沿y轴正方向的．当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过该材料板时，会在与z轴垂直的两个侧面之间产生霍尔电势差UH，已知k为材料的霍尔系数，且k=，其中每个载流子所带电量的绝对值为e，n为单位体积内载流子数，则下列说法中正确的是（　　）

A材料上表面的电势高于下表面的电势

B霍尔电势差大小满足关系UH=k

C通过材料的电流I越大，其内部单位体积内的载流子数目较多

D样品板在单位体积内参与导电的载流子数目为

正确答案

D

解析

解：A、半导体内导电的粒子-“载流子”为自由电子，根据左手定则，则电子受到洛伦兹力方向向上，导致上表面的电势低于下表面的，故A错误，

B、根据电场力与洛伦兹力平衡，则有evB=e，而电流的微观表达式为：I=nevS，且k=，因此霍尔电势差大小满足关系UH=k，故B错误；

C、k=，且I=nevS，单位体积内的载流子数目与电流大小无关，故C错误，

D、最终洛伦兹力和电场力平衡，有：

evB=e，而电流的微观表达式为：I=nevS，

联立解得：n=，故D正确；

故选：D．

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题型：填空题

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填空题

如图所示为一磁流体发电机示意图，A、B是平行正对的金属板，等离子体（电离的气体，由自由电子和阳离子构成，整体呈电中性）从左侧进入，在t时间内有n个自由电子落在B板上（电子电量为e），则R中的电流大小为______方向为______．

正确答案

从上向下

解析

解：在t时间内有n个自由电子落在B板上（电子电量为e），则电流的大小I=．因为电子打在B板上，所以B板带负电，A板带正电，流过电阻R的电流方向从上向下．

故答案为：，从上向下．

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题型：多选题

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多选题

如图所示，有一金属块放在垂直于侧面C的匀强磁场中，当有稳恒电流自左向右的方向通过时，下列说法中正确的是（　　）

A金属块上表面M的电势高于下表面N的电势

B磁感应强度增大时，金属块上、下两表面间的电压U增大

C电流增大时，金属块上、下两表面间的电压U减小

D电流不变时，金属块中单位体积内自由电子越多，上、下两表面间的电压U越小

正确答案

B,D

解析

解：A、根据左手定则，知电子向上表面偏转，上表面带负电，下表面带正电，所以上表面比下表面电势低．故A错误．

B、最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有：evB=e，得U=Bvd，故B增大时M、N两表面间的电压U增大，B正确．

C、电流的微观表达式为I=nevS=nevbd，电流增大，则v增大，又U=Bvd则U增大，故C错误；

D、由C选项分析可知，n=，则U=，单位体积内的自由电子数越多，则电压表的示数越小．故D正确．

故选：BD．

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题型：单选题

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单选题

磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景，其发电原理示意图如图所示，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性）沿垂直于磁场方向喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域有两块面积S、相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成闭合电路，设气流的速度为v，平行金属板间的气体电阻为r，则（　　）

A两板间电势差为U=Bdv

B微粒的电荷量越大，流经R的电流I越大

C流经R的电流为I=

D流经R的电流为I=

正确答案

D

解析

解：A、根据qvB=q得电动势的大小为：E=Bdv，

则流过R的电流为：I=，

两极板间电势差为：U=IR=．故A错误，C错误，D正确．

B、根据qvB=q知，电荷的电量约去，电动势的大小与电荷的电量无关，则流经R的电流与电荷量无关．故B错误．

故选：D．

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题型：简答题

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简答题

据报道，我国实施的“双星”计划所发射的卫星中放置一种磁强计（霍尔元件传感器），用于测定地磁场的磁感应强度等研究项目．磁强计的原理如图所示，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．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e．金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U．则：

（1）金属导体前后两个侧面哪个电势较高？

（2）求磁场磁感应强度B的大小．

正确答案

解：（1）电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向前表面偏转，则前表面带负电，后表面失去电子带正电，后侧面的电势较高．

（2）当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向前侧面偏转，使得前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差．因而可得

q=n（abvt）e

由以上几式解得磁场的磁感应强度．

答：（1）后侧面的电势较高．

（2）磁场磁感应强度B的大小为．

解析

解：（1）电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向前表面偏转，则前表面带负电，后表面失去电子带正电，后侧面的电势较高．

（2）当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向前侧面偏转，使得前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差．因而可得

q=n（abvt）e

由以上几式解得磁场的磁感应强度．

答：（1）后侧面的电势较高．

（2）磁场磁感应强度B的大小为．

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