霍尔效应及其应用_章节学习

1

题型：多选题

|

多选题

（2015秋•吉安校级月考）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=1m、b=0.2m、c=0.2m，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B=1.25T的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时，测得两个电极间的电压U=1V．且污水流过该装置时受到阻力作用，阻力f=kLv，其中比例系数k=15Ns/m2，L为污水沿流速方向的长度，v为污水的流速．下列说法中正确的是（　　）

A金属板M电势高于金属板N的电势

B污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响

C污水的流量（单位时间内流出的污水体积）Q=0.16m3/s

D为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压强差为△P=1500Pa

正确答案

A,C,D

解析

解：A、根据左手定则，知负离子所受的洛伦兹力方向向下，则向下偏转，N板带负电，M板带正电，则M板的电势比N板电势高．故A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=vBc，与离子浓度无关．故B错误．

C、污水的流速：v=，则流量Q=vbc===0.16m3/s，故C正确．

D、污水的流速：v===4m/s；污水流过该装置时受到阻力：f=kLv=kav=15×1×4=60N；

为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压力差是60N，则压强差为△P===1500Pa．故D正确．

故选：ACD．

1

题型：简答题

|

简答题

如图，图（1）将一金属薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应．且满足UM=kIB/d，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．

某同学通过实验来测定该金属的霍尔系数．已知该薄片的厚度d=0.40mm，该同学保持磁感应强度B=0.10T不变，改变电流I的大小，测量相应的UM，记录数据如下表所示．

（1）根据表中数据在给定坐标系中画出图线；

（2）利用图线求出该材料的霍尔系数k=______×10-3V•m•A-1•T-1（保留2位有效数字）；

（3）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域．图（2）是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反．霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近．当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图（3）所示．若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则圆盘转速N的表达式：______．

正确答案

解：（1）如右图

（2）由题意得：UM=k

由图象可知==0.38

解得：k=UM=≈1.5×10-3

（3）由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则有：

P=mNt

圆盘转速为 N=

故答案为：（1）如图；（2）1.5；（3）

解析

解：（1）如右图

（2）由题意得：UM=k

由图象可知==0.38

解得：k=UM=≈1.5×10-3

（3）由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则有：

P=mNt

圆盘转速为 N=

故答案为：（1）如图；（2）1.5；（3）

1

题型：简答题

|

简答题

磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图．图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻R1相连．整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示．发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出．由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势．发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同．设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为v0，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差△p维持恒定，求：

（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；

（2）磁流体发电机的电动势E的大小；

（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P．

正确答案

解：（1）不存在磁场时，由力的平衡得F=ab△p

（2）设磁场存在时的气体流速为v，则磁流体发电机的电动势E=Bav

回路中的电流

电流I受到的安培力

设F′为存在磁场时的摩擦阻力，依题意

存在磁场时，由力的平衡得ab△p=F安+F′

根据上述各式解得

（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P=abv△p

由能量守恒定律得P=EI+F′v

故

答：（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力ab△p；

（2）磁流体发电机的电动势E的大小；

（3）磁流体发电机发电导管的输入功率．

解析

解：（1）不存在磁场时，由力的平衡得F=ab△p

（2）设磁场存在时的气体流速为v，则磁流体发电机的电动势E=Bav

回路中的电流

电流I受到的安培力

设F′为存在磁场时的摩擦阻力，依题意

存在磁场时，由力的平衡得ab△p=F安+F′

根据上述各式解得

（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P=abv△p

由能量守恒定律得P=EI+F′v

故

答：（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力ab△p；

（2）磁流体发电机的电动势E的大小；

（3）磁流体发电机发电导管的输入功率．

1

题型：单选题

|

单选题

为了控制海洋中水的运动，海洋工作者有时依靠水流通过地磁场产生的感应动势以及水的流速测地磁场的磁感应强度向下的分量B，某课外活动兴趣小组由四个成员甲、乙、丙、丁组成，前去海边某处测量地磁场的磁感应强度向下的分量B．假设该处的水流是南北流向，且流速为v，问下列哪种测定方法可行？（　　）

A甲将两个电极在水平面沿水流方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则

B乙将两个电极在水平面沿垂直水流方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则

C丙将两个电极沿垂直海平面方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则

D丁将两个电极在水平面上沿任意方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则

正确答案

B

解析

解：地磁场有向下的分量，而水流流向为南北流向，相当于东西方向的导体切割磁感线，所以导体应在垂直于水流方向上，即把电极的东西方向插入水中，根据qvB=q，解得B=．故B正确，A、C、D错误．

故选B．

1

题型：简答题

|

简答题

一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”．这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1元电荷，即q=1.6×10-19 C．霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等．在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.0×10-2 m、长bc=L=4.0×10-2 m、厚h=1×10-3 m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B=1.5T的匀强磁场中，bc方向通有I=3.0A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10-5 V的横电压．

（1）假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？

（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率是多少？

正确答案

解：（1）根据左手定则知电子向bc端偏转，则ad端带正电，所以a端电势高．

（2）当导体内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向分运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定，设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速率为v，横向电压为Uab，横向电场强度为E，电场力

FE=Ee=

磁场力FB=evB

平衡时Ee=evB

得v=m/s=6.7×10-4 m/s．

答：（1）a端电势高．

（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率是6.7×10-4 m/s．

解析

解：（1）根据左手定则知电子向bc端偏转，则ad端带正电，所以a端电势高．

（2）当导体内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向分运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定，设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速率为v，横向电压为Uab，横向电场强度为E，电场力

FE=Ee=

磁场力FB=evB

平衡时Ee=evB

得v=m/s=6.7×10-4 m/s．

答：（1）a端电势高．

（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率是6.7×10-4 m/s．

热门试卷

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析