- 霍尔效应及其应用
- 共370题
一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示,在动脉血管两侧分别安装电极并加有磁场.设血管直径是2.0mm,磁场的磁感应强度为0.080T,电压表测出的电压为0.10mV,求血流速度的大小.
正确答案
解:当电场力和洛伦兹力相等时有:qE=qvB,E=
则v=
答:血流速度的大小为0.625m/s.
解析
解:当电场力和洛伦兹力相等时有:qE=qvB,E=
则v=
答:血流速度的大小为0.625m/s.
2013年4月中国科学家首次观察到反常霍尔效应.以下来分析一个常规霍尔效应:如图所示,厚度为h,宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中.当电流通过导体板时,在导体板的上表面A和下表面A′之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系式为U=
,式中的比例系数K称为霍尔系数,设导体板单位体积中自由电子的个数为n,电子量为e.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据左手定则知,电子向A板偏转,则A的电势低于A′的电势,
因为I=nevS=nevhd,解得v=,
根据,解得U=
,因为U=
,则霍尔系数K=
.故D正确,A、B、C错误.
故选:D.
如图所示为一电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的体积)的原理图:一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体向左流动.导电液体中的自由电荷(负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转,a、b间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,则( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则可知,导电液体中的自由电荷(负离子)在洛伦兹力作用下向上偏转,则a点电势低,b点电势高,故A错误,B正确;
C、对离子有:qvB=q,解得v=
.流量等于单位时间流过液体的体积,有Q=vS=
π(
)2=
,故C正确,D错误.
故选:BC.
在第三次工业革命的今天,新材料的发现和运用尤为重要.我国某科研机构发现一种新型的半导体材料,目前已经知道这种半导体材料的载流子(参与导电的“带电粒子”)的电荷量的值是e(电子电量的绝对值),但不知道它的电性和载流子的数密度n(单位体积中载流子的数量).为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电,以及载流子的数密度,科学家把这种材料先加工成一块偏平的六面体样品,这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d(如图中所示).现将这块样品接入电路中,且把靠外的偏平面标记为M,靠里的偏平面标记为N,然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场.接通电键S,调节可变电阻R.使电路中产生合适的电流.然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压(也叫霍耳电压),从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度.
(1)当M的电势比N的电势低时,材料中的载流子带______电(填“正”或“负”);
(2)为了测定载流子的数密度n,除题目中已给出的数据外,还需要测定的物理量有(写出物理量的含义并设定相应的符号)______;
(3)根据题设条件和你测定的物理量,写出载流子的数密度的表达式n=______.
正确答案
负
电路中的电流强度I,MN间电压U
解析
解:(1)M的电势比N的电势低,说明N极板带正电荷,结合左手定则可知,载流子带负电,导致M极板带负电;
(2)(3)载流子的洛伦兹力与电场力平衡,即:
F洛=F电
evB=e
故U=Bbv;
根据电流的微观表达式,有:I=nebdv
联立解得得.
根据电阻定律,结合闭合电路欧姆定律,确定洛伦兹力与电场力的关系,还要测量MN间的电压U与通过的电流I;
故答案为:(1)负;(2)电路中的电流强度I,MN间电压U;(3).
为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排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,在前后两面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、根据左手定则,正离子向后表面偏转,负离子向前表面偏转,所以后表面的电势高于前表面的电势,与离子的多少无关.故A错误,C正确.
B、最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡,有:qvB=q,解得U=vBb,电压表的示数与离子浓度无关.v=
,则流量Q=vbc=
,与U成正比.故C正确,B错误.
故选:C.
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