- 洛伦兹力和显像管
- 共391题
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,在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀磁场,在上下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极,当含有大量离子的污水充满管口地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(单位时间内流出的污水体积),则Q与U的关系式为Q=______.
正确答案
解:正负离子流动时,根据左手定则,正离子洛伦兹力,向后表面偏转,所以后表面上带正电荷,前表面上带负电荷,前表面电势比后表面低.
最终正负离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,有:q=qvB
流量Q=vS=vbc,
所以Q=;
故答案为:Q=.
解析
解:正负离子流动时,根据左手定则,正离子洛伦兹力,向后表面偏转,所以后表面上带正电荷,前表面上带负电荷,前表面电势比后表面低.
最终正负离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,有:q=qvB
流量Q=vS=vbc,
所以Q=;
故答案为:Q=.
如图所示,M、N为简化的磁流体发电机的两个水平极板,相距d=0.2m,板间有垂直 于纸面向外的匀强磁场,B=1.O T.外电路巾可变负载电阻R的最大阻值为10Ω,电离 气体(含有大量的正、负带电粒子,且不计重力>以速率V=11OO m s平行极板由左向右射入,极板间电离气体的等效内阻r=lΩ断开开关S,稳定之后,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则知,正电荷向下偏,负电荷向上偏,则M板的电势低于N板的电势.故A错误.
B、根据,解得电动势E=vBd=1100×1×0.2V=220V.故B正确.
C、该发电机的电动势是由非静电力做功产生的.故C错误.
D、当外电阻等于内电阻时,发电机的输出功率最大.故D错误.
故选B.
据报道,我国实施的“双星”计划发射的卫星中放置了一种“磁强计”,用于测定地磁场的磁感应强度等研究项目.磁强计的原理如图所示:电路中有一段金属导体,它的横截面积是宽为a、高为b的长方形,放在沿y轴正方向的匀强磁场中,导体中通有沿x正方向、大小为I的电流.已知金属导体单位体积中的自由电子数为n,电子电量为e.金属导电过程中,自由电子做定向移动可视为匀速运动.若测出金属导体前后两个侧面间(z=a为前侧面,z=o为后侧面)的电势差为U,那么( )
正确答案
解析
解:电子定向移动的方向沿x轴负向,所以电子向前表面偏转,则前表面带负电,后表面失去电子带正电,后侧面的电势较高,
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:B=,故C正确,ABD错误;
故选:C.
霍尔元件是一种基于霍尔效应的电磁传感器,已发展成一个品种多样的电磁传感器产品族,得到广泛应用.如图为某霍尔元件的工作原理示意图,该元件中电流I由负电荷定向运动形成.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、霍尔元件能够把磁学量转换为电学量.故A正确.
B、根据qvB=q 得,UH=Bvd;
由电流的微观定义式:I=nesv,n是单位体积内的电子数,e是单个导电粒子所带的电量,s是导体的横截面积,v是导电粒子运动的速度.
整理得:v=,
联立解得UH=,可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度,保持电流不变,霍尔电压UH与B成正比.故B正确,C错误.
D、根据左手定则知,电子向N点偏转,所以N点这一侧得到电子带负电,另一端失去电子带正电,所以M点的电势高于N点的电势.故D错误.
故选:AB.
如图所示,有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中,磁感应强度B,金属块的厚度为d,高为h.当有稳恒电流I平行于平面C的方向通过时,由于磁场力的作用,金属块上下两面M、N将出现电势差.若已知M、N上的电势分别为φM、φN,那么,该金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目可以表示为( )
正确答案
解析
解:最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡,有evB=e.
解得v=
电流的微观表达式为I=nevS=nevhd,所以n==
(
).故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
如图所示,一厚为d、宽为b、长为L的载流导体薄板放在磁感应强度为B的磁场中,电流强度为I,薄板中单位体积内自由电荷的数目为n,自由电荷的电量为-e,如果磁场与薄板前后表面垂直,则板的上下两表面AA‘间会出现电势差,这一现象叫霍尔效应,AA′间的电势差叫霍尔电势差UH(或霍尔电压),
(1)达到稳定状态时,AA'两表面,哪一面电势高?
(2)试说明霍尔电势差UH与题述中的哪些物理量有关,并推证出关系式.
正确答案
解:(1)电流方向向右,知电子的运动方向向左,根据左手定则知,电子向上表面偏转,上表面带负电,下表面带正电,则A‘面电势高.
(2)载流子在磁场中定向运动,受洛伦兹力向上,形成从下向上的电场,稳定时,Bev=eE,
解得E=Bv;
由导体中电流的表达式 I=nevs,
可得:I=nevbd ;
AA'两面电势差:UH=Eb=Bvb,
则.
知UH与I、B、n、e、d有关.
答:(1)A'面电势高;(2)UH与I、B、n、e、d有关.关系式为.
解析
解:(1)电流方向向右,知电子的运动方向向左,根据左手定则知,电子向上表面偏转,上表面带负电,下表面带正电,则A‘面电势高.
(2)载流子在磁场中定向运动,受洛伦兹力向上,形成从下向上的电场,稳定时,Bev=eE,
解得E=Bv;
由导体中电流的表达式 I=nevs,
可得:I=nevbd ;
AA'两面电势差:UH=Eb=Bvb,
则.
知UH与I、B、n、e、d有关.
答:(1)A'面电势高;(2)UH与I、B、n、e、d有关.关系式为.
如图所示,长方体容器的三条棱的长度分别为a、b、h,容器内装有NaCl溶液,单位体积内钠离子数为n,容器的左、右两壁为导体板,将它们分别接在电源的正、负极上,电路中形成的电流为I,整个装置处于垂直于前后表面的磁感应强度为B的匀强磁场中,则液体的上、下两表面间的电势差为( )
正确答案
解析
解:电流做从左向右流动,正负离子的流动方向完全相反,根据左手定则,知正负离子都向上偏转,则液体上下表面间的电势差为零.故A正确,B、C、D错误.
故选A.
如图所示,有一金属块垂直于表面C的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B,金属块的厚度为d,高度为h,当有稳定恒电流I平行平面C的方向通过时,由于磁场力的作用,金属块的上下两表面M、N间的电压为U,则金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为( )
正确答案
解析
解:由图,磁场方向向里,电子向左移动,根据左手定则,电子向上表面偏转,上表面得到电子带负电,下表面带正电;
那么根据e=evB,I=neSv=nehdv,得:n=
,故A正确,BCD错误.
故选:A.
如图所示,X1、X2,Y1、Y2,Z1、Z2分别表示导体板左、右,上、下,前、后六个侧面,将其置于垂直Z1、Z2面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中.当电流I通过导体板时,在导体板的两侧面之间产生霍耳电压UH.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.现使导体板尺寸、电流I和磁感应强度B保持不变,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由于磁场的作用,电子受洛伦兹力,向Y2面聚集,在Y1、Y2平面之间累积电荷,在Y1、Y2之间产生了匀强电场,故电子也受电场力,故A错误;
B、电子受洛伦兹力,由左手定则可知,电子向Y2面聚集,侧面Y1的电势比侧面Y2的电势高,故B错误;
C、电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态,有:
qvB=qE
其中:E=(d为Y1、Y2平面之间的距离)
根据题意,有:
I=neSv
联立得到:
UH=Bvd=Bd∝
,故单位体积内的自由电子数n越大,UH越小,故C正确;
D、由于UH=Bd,与导体的电阻无关,故D错误;
故选:C.
如图所示,有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中,磁感应强度B,金属块的厚度为d,高为h,当有稳恒电流I平行平面C的方向通过时,由于磁场力的作用,金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为(上下两面M、N上的电势分别为φM、φN)( )
正确答案
解析
解:最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡,有evB=e.解得v=
电流的微观表达式为I=nevS=nevhd,所以n==
|
|.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
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