- 霍尔效应及其应用
- 共370题
(2015秋•遂宁期末)如图所示,某一导体的形状为长方体,其长、宽、高之比为a:b:c=3:2:1.在此长方体的上下、左右四个面上分别通过导线引出四个接线柱1、2、3、4.在1、2两端加上恒定电压,导体的电阻为R1;在3、4两端加上恒定电压,导体的电阻为R2,则R1:R2为( )
正确答案
解析
解:根据电阻定律R=ρ,当在1、2两端加上恒定电压U时:
R1=
在在3、4两端加上恒定的电压时:
R2=
所以:=
=
=
,故B正确,ACD错误;
故选:B.
在研究某些物理问题时,有很多物理量难以直接测量,我们可以根据物理量之间的定量关系和各种效应,把不容易测量的物理量转化成易于测量的物理量.载流导体板垂直置于匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板这两个表面之间就会形成稳定的电势差,这种现象称为霍尔效应.利用霍尔效应可以测量磁场的磁感应强度.半导体材料硅中掺砷后成为N型半导体,它的自由电子的浓度大大增加,导电能力也大大增加.一块N型半导体的样品的体积为a´b´c,A′、C、A、C′为其四个侧面,如图所示.已知半导体样品单位体积中的电子数为n,电子的电荷量为e.将半导体样品放在匀强磁场中,磁场方向沿Z轴正方向,并沿x方向通有电流I.试分析求解:
(1)C、C′两个侧面哪个面电势较高?
(2)半导体中的自由电子定向移动的平均速率是多少?
(3)若测得C、C′两面的电势差为U,匀强磁场的磁感应强度是多少?
正确答案
解:(1)自由电子在磁场中受洛伦兹力后,向C′侧面方向偏转,因此C′侧面有多余的负电荷,C侧面有多余的正电荷,建立了沿y轴负方向的匀强电场,C侧面的电势较高;
(2)沿x方向的电阻为:R=ρ
加在A、A′的电压为:U0=IR=ρ
电流I是大量自由电子定向移动形成的,由I=nabe得电子的定向移动的平均速率为:
=
.
(3)自由电子受到的洛伦兹力与电场力平衡时,有:
q=q
B
则磁感应强度为:B==
答:(1)C侧面的电势较高.
(2)半导体中的自由电子定向移动的平均速率是.
(3)若测得C、C’两面的电势差为U,匀强磁场的磁感应强度是.
解析
解:(1)自由电子在磁场中受洛伦兹力后,向C′侧面方向偏转,因此C′侧面有多余的负电荷,C侧面有多余的正电荷,建立了沿y轴负方向的匀强电场,C侧面的电势较高;
(2)沿x方向的电阻为:R=ρ
加在A、A′的电压为:U0=IR=ρ
电流I是大量自由电子定向移动形成的,由I=nabe得电子的定向移动的平均速率为:
=
.
(3)自由电子受到的洛伦兹力与电场力平衡时,有:
q=q
B
则磁感应强度为:B==
答:(1)C侧面的电势较高.
(2)半导体中的自由电子定向移动的平均速率是.
(3)若测得C、C’两面的电势差为U,匀强磁场的磁感应强度是.
如图所示是电磁流量计的示意图,圆管由非磁性材料,空间有匀强磁场,当管中的导电液体流过磁场区域时,测出管壁上MN两点间的电势差U,就可以知道管中液体的流量Q--单位时间内流过管道横截面的液体的体积.已知管的直径为d,磁感应强度为B,则关于Q的表达式正确的是( )
正确答案
解析
解:导电液体流过磁场区域稳定时,电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡,则有q=qvB,解得v=
流量Q=vS=.πR2=
,故B正确
故答案为:B
如图所示是等离子体发电机的示意图,磁感应强度为B,两极板间距离为d,要使输出电压为U,则等离子体的速度v为______,a是电源的______.
正确答案
正极
解析
解:等离子体在洛伦兹力的作用下向两极板聚集,根据左手定则,正电荷受洛伦兹力向上,负电荷受洛伦兹力向下,故上极板带正电,下极板带负电;
当附加电场的电场力与洛伦兹力平衡时,两极板间电势差最大,等于电动势,根据平衡条件,有:
qvB=q解得:
v=;
故答案为:,正极.
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,在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.设电流I是由自由电子的定向流动形成的,电子的平均定向移动速度为v,电荷量为e,回答下列问题:
(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势______下侧面A′的电势(填“高于”“低于”或“等于”);
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为______;
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为______.
正确答案
解:(1)导体的电子定向移动形成电流,电子的运动方向与电流方向相反,电流方向向右,则电子向左运动.由左手定则判断,电子会偏向A端面,A′板上出现等量的正电荷,电场线向上,所以侧面A的电势低于下侧面A′的电势.
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为F洛=eBv.
(3)电子所受静电力的大小为F静=eE=e
故答案为:
(1)低于;
(2)eBv;
(3)e.
解析
解:(1)导体的电子定向移动形成电流,电子的运动方向与电流方向相反,电流方向向右,则电子向左运动.由左手定则判断,电子会偏向A端面,A′板上出现等量的正电荷,电场线向上,所以侧面A的电势低于下侧面A′的电势.
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为F洛=eBv.
(3)电子所受静电力的大小为F静=eE=e
故答案为:
(1)低于;
(2)eBv;
(3)e.
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