- 霍尔效应及其应用
- 共370题
电磁流量计是一种测量导电液体流量的装置(单位时间里通过某一截面的液体体积,称为流量),其结构如图所示,矩形管道横截面的宽和高分别为L1=0.4m、L2=0.5m,上下两侧是导体材料,另两侧是绝缘材料,匀强磁场垂直于绝缘材料的两侧.当液体自右向左流过管道时,根据与管道上下两侧连接的电压表读数,可测得液体流量的大小.为了使电压表的示数1V即表示为流量1m3/s,磁感应强度为______T.液体流过管道时受到阻力作用,若阻力与管道的长度及液体的流速都成正比,即F=kxv,其中比例系数k=10N•s/m2.为使液体以v=2m/s的速度流过长x=100m的管道,左右两侧管口应施加的压强差为______Pa.
正确答案
0.4
1×104
解析
解:根据,
又流量Q=vS=vL1L2.
联立两式解得:.为了使电压表的示数1V即表示为流量1m3/s,所以B的大小等于L1的大小.B=0.4T.
根据△PL1L2=f=kxv得,
Pa.
故答案为:0.4T,1×104
霍尔式位移传感器的测量原理如图所示,磁场方向沿x轴正方向,磁感应强度B随x的变化关系为B=B0+kx(B0、k均为大于零的常数).薄形霍尔元件的工作面垂直于光轴,通过的电流I方向沿z轴负方向,霍尔元件沿x轴正方向以速度v匀速运动. 要使元件上、下表面产生的电势差变化得快,可以采取的方法是( )
正确答案
解析
解:最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,设霍尔元件的上下表面的间距为d,有:
q=qvB
电流的微观表达式为:
I=nqvS
联立解得:
U= ①
A、由①式,U∝I;增加电流时,元件上、下表面产生的电势差变化得快;故A正确;
B、C、D、由①式,U∝B;霍尔元件沿x轴正方向以速度v匀速运动,要使元件上、下表面产生的电势差变化得快,则需要磁感应强度变化加快;由于B=B0+kx,根据可以通过增加k或v来使元件上、下表面产生的电势差变化得快;故B错误,C错误,D错误;
故选:A.
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,接在M、N两端间的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、B、正负电荷从左向右移动,根据左手定则,正电荷所受的洛伦兹力指向后表面,负电荷所受的洛伦兹力指向前表面,所以后表面电极的电势比前表面电极电势高.故A正确,B错误
C、D、最终稳定时,电荷受洛伦兹力和电场力平衡,有:
qvB=q
解得:U=Bbv
污水的流量:
Q=vS=vbc=bc=
即:U=,即电压表的示数U跟污水的流量Q成正比,与c成反比,与ab无关,故C错误,D正确;
故选:AD.
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(本题中霍尔元件材料为金属导体),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:A、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.
(2016•大连模拟)有一种磁强计用于测定磁场的磁感应强度,原理如图所示.电路有一段长方形金属导体,放在沿y轴正方向的匀强磁场中,金属导体中通有沿x轴正方向电流I,两电极M、N分别与金属导体的前后两侧接触,用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U,从而可得磁感应强度B,则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:电子定向移动的方向沿x轴负向,根据左手定则判断可知电子所受的洛伦兹力向外,电子向外表面偏转,则外表面带负电,内表面失去电子带正电,则电极N的电势较高.
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=Bev,
q=n(abvt)e
I==nevs
由以上几式解得磁场的磁感应强度与电势差的关系式:B=,则有U与B成正比,故A正确,BCD错误;
故选:A.
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