- 霍尔效应及其应用
- 共370题
如图所示,金属板放在垂直于它的匀强磁场中,当金属板中有电流通过时,在金属板的上表面A和下表面A′之间会出现电势差,这种现象称为霍尔效应.若匀强磁场的磁感应强度为B,金属板宽度为h、厚度为d,通有电流I,稳定状态时,上、下表面之间的电势差大小为U.已知电流I与导体单位体积内的自由电子数n、电子电荷量e、导体横截面积S和电子定向移动速度v之间的关系为I=neSv.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、电流向右、磁场向内,根据左手定则,安培力向上;电流是电子的定向移动形成的,故洛伦兹力也向上;故上极板聚集负电荷,下极板带正电荷,故下极板电势较高;故A正确;B错误;
C、D、电子最终达到平衡,有:
evB=e
则:U=vBh
电流的微观表达式:
I=nevS=nevhd
则:v=,代入得:
U=
Bh=∝
只将金属板的厚度d减小为原来的一半,则上、下表面之间的电势差大小变为2U,故C错误;
只将电流I减小为原来的一半,则上、下表面之间的电势差大小变为,故D正确.
故选:AD.
为监测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大小为B的匀强磁场,在前后两个内侧面分别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、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、B错误.
C、最终正负离子会受到电场力、洛伦兹力处于平衡,有qE=qvB,即.而污水流量Q=vbc=
,可知Q与U成正比,与a、b无关.故C正确.
D、Q=,则
,电压表的示数与磁感应强度、流量Q以及流量计的高有关,与离子浓度无关.故D错误.
故选C.
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.如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:ABC、根据左手定则,电子向C侧面偏转,C表面带负电,D表面带正电,所以D表面的电势高,则UCD<0.CD间存在电势差,之间就存在电场,电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡,设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c,有q=qvB,I=nqvs=nqvbc,则U=
.故A错误,B错误,C正确.
D、在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,应将元件的工作面保持竖直,让磁场垂直通过.故D错误.
故选:C.
如图所示,宽为d、高为h的长方体金属块处于磁感应强度为B匀强磁场中,磁场方向垂直金属块前后表面,金属块单位体积内的自由电子数为n,当金属块内通有水平向右的电流I时( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则知,电子向上表面偏转,则上表面带负电,下表面带正电,即金属块下表面的电势比上表面电势高.故A正确,B错误.
C、根据I=nevS=nevdh,解得v=,根据
得,金属块上下表面的电势差
.故C正确,D错误.
故选:AC.
如图所示,宽度为d,厚度为h的导体放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过该导体时,在导体的上、下表面之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应,实验表明:当磁场不太强时,上下表面的电势差U,电流I和B的关系为:U=K
,式中的比例系数K称为霍尔系数.设载流子的电量为q,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、静电力大小应为:F=q,故A错误;
B、洛伦兹力向上,但载流子的电性是不确定的,故无法判断上表面的电性,故无法比较上下表面的电势高低,故B错误;
C、对于载流子,静电力和洛伦兹力平衡,故:
qvB=q电流微观表达式为:
I=nqSv
故:U=Bhv=
由于S=hd,故U==K
,故k=
,其中n为导体单位体积上的电荷数,故C错误;
D、载流子所受洛伦兹力的大小f洛=qvB,其中v==
,可得f洛=
,其中n为导体单位体积上的电荷数,故D正确;
故选:D.
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