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题型: 单选题
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单选题

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形合D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是(  )

A离子做圆周运动的周期随半径增大

B离子由加速器的边缘进入加速器

C离子从磁场中获得能量

D离子从电场中获得能量

正确答案

D

解析

解:A、粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:qvB=mvω

其中:

联立解得:T=

故周期与轨道半径无关,故A错误;

B、要加速次数最多最终能量最大,则被加速离子只能由加速器的中心附近进入加速器,而从边缘离开加速器,故B错误;

C、D、由于洛伦兹力并不做功,而离子通过电场时有qU=mv2,故离子是从电场中获得能量,故C错误,D正确;

故选:D.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示是霍尔元件的工作原理示意图,如果用d表示薄片的厚度,B为磁场的磁感应强度、I为通过霍尔元件的电流,以下说法中正确的是(  )

A只增加磁感应强度B的大小,UH将变大

B只增加电流I的大小,UH将变大

CUH与电流I的大小无关

D改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,UH将发生变化

正确答案

A,B,D

解析

解:A、运动电荷最终电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,设霍尔元件的长宽高分别为a、b、d,则有:q=qvB,

电流的微观表达式为:I=nqvS=nqvbd,

所以U=.B越大,前、后表面的电势差U越大.电流越大,前、后表面的电势差U越大.故AB正确,C错误.

D、改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,需将磁场进行分解,在垂直于工作面方向上的磁感应强度小于原磁场磁感应强度的大小,则UH将发生变化.故D正确.

故选:ABD.

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题型:填空题
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填空题

横截面为矩形的管道中充满了水银,管道的上下两壁为绝缘板,前后两壁为导体板(阴影部分).各有关尺寸如图所示.两导体壁被一导线cd短路,管道放在一匀强磁场中,磁感强度为B,方向向上.当水银沿管长方向自左向右流动时,作用在这段水银上的粘滞阻力f与速度v成正比,即f=kv,已知管两端截面的压强差为p,电阻的大小R=ρL/S(L为导体的长度,ρ为水银的电阻率,S为导体的横截面积).则无磁场时,水银的稳定流速v1______,存在磁场后,水银的稳定流速v2______

正确答案

解析

解:无磁场时,水银稳定流动时阻力和压力差平衡,有pab=kv1,解得

存在磁场后,将管道置于一匀强磁场中,水银切割磁感线产生的感应电动势为  E=Bav2

 回路中电阻为 R=

由欧姆定律得感应电流为I=

由平衡条件可得 p•ab=BIa+kv2

解得

故答案为:

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题型:简答题
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简答题

霍尔元件可以用来检测磁场及其变化.图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图.由于磁芯的作用,霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场.测量原理如乙图所示,直导线通有垂直纸面向里的电流,霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱,通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路.所用器材已在图中给出,部分电路已经连接好.为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B;

 

(1)制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电,电流从乙图中霍尔元件左侧流入,右侧流出,霍尔元件______(填“前表面”或“后表面”)电势高;

(2)在图中画线连接成实验电路图;

(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为e,霍尔元件的厚度为h,为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B,还必须测量的物理量有______(写出具体的物理量名称及其符号),计算式B=______

正确答案

解:(1)磁场是直线电流产生,根据安培定则,磁场方向向下;电流向右,根据左手定则,安培力向内,载流子是负电荷,故后表面带负电,前表面带正电,故前表面电势较高;

(2)变阻器控制电流,用电压表测量电压,电路图如图所示:

(3)设前后表面的厚度为d,最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,有:

q=qvB

根据电流微观表达式,有:

I=neSv=ne(dh)v

联立解得:

B=

故还必须测量的物理量有:电压表读数U,电流表读数I;

故答案为:

(1)前表面;

(2)如图所示;

(3)电压表读数U,电流表读数I;

解析

解:(1)磁场是直线电流产生,根据安培定则,磁场方向向下;电流向右,根据左手定则,安培力向内,载流子是负电荷,故后表面带负电,前表面带正电,故前表面电势较高;

(2)变阻器控制电流,用电压表测量电压,电路图如图所示:

(3)设前后表面的厚度为d,最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,有:

q=qvB

根据电流微观表达式,有:

I=neSv=ne(dh)v

联立解得:

B=

故还必须测量的物理量有:电压表读数U,电流表读数I;

故答案为:

(1)前表面;

(2)如图所示;

(3)电压表读数U,电流表读数I;

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题型: 多选题
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多选题

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(  )

A电势差UCD仅与材料有关

B若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势差UCD<0

C仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大

D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平

正确答案

B,C

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,I=nqvS=nqvbc,则U=.故A错误,B、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BC.

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题型: 多选题
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多选题

为监测某化工厂的含有离子的污水排放情况,技术人员在排污管中安装了监测装置,该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔,其宽和高分别为b和c,左、右两端开口与排污管相连,如图所示.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,在空腔前、后两个侧面上各有长为a的相互平行且正对的电极M和N,M和N与内阻为R的电流表相连.污水从左向右流经该装置时,电流表将显示出污水排放情况.下列说法中正确的是(  )

AM板比N板电势高

B污水中离子浓度越高,则电流表的示数越小

C污水流量越大,则电流表的示数越大

D若只增大所加磁场的磁感应强度,则电流表的示数也增大

正确答案

C,D

解析

解:A、根据左手定则,正离子向N极板偏转,负离子向M极板偏转,所以N板的电势比M板的电势高.故A错误.

B、根据平衡得,qvB=q,解得电动势E=vbB.电流I=,知电流表的读数与浓度无关,流量越大,知流速越大,则电流表的示数越大.磁感应强度增大,根据电流的表达式知,电流增大.故B错误,C、D正确.

故选CD.

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题型: 单选题
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单选题

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,在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个内侧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(  )

A若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高

B污水流量Q与U成正比,与a、b无关

C污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大

D前表面的电势一定高于后表面的电势,与哪种离子多无关

正确答案

B

解析

解:A、根据左手定则,正离子向后表面偏转,负离子向前表面偏转,所以后表面的电势高于前表面的电势,与离子的多少无关.故A、D错误.

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=vBb,电压表的示数与离子浓度无关.v=,则流量Q=vbc=,与U成正比,与a、b无关.故B正确,C错误.

故选B.

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题型:简答题
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简答题

一块N型半导体薄片(称霍尔元件),其横载面为矩形,体积为b×c×d,如图所示.已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量e.将此元件放在匀强磁场中,磁场方向沿Z轴方向,并通有沿x轴方向的电流I.

(1)此元件的CC′两个侧面中,哪个面电势高?

(2)试证明在磁感应强度一定时,此元件的CC′两个侧面的电势差与其中的电流成正比

(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B 的仪器.其测量方法为:将导体放在匀强磁场之中,用毫安表测量通以电流I,用毫伏表测量C、C,间的电压U CC′,就可测得B.若已知其霍尔系数.并测得UCC′=0.6mV,I=3mA.试求该元件所在处的磁感应强度B的大小.

正确答案

解:(1)电流沿x轴正方向,知电子流动的方向沿x轴负方向,根据左手定则,知电子向C侧面偏转,所以C侧面得到电子带负电,C′侧面失去电子带正电.故C‘面电势较高.

(2)当电子受力平衡时有:.得U=vBb.电流的微观表达式I=nevS=nevbd.所以v=.U=.知两个侧面的电势差与其中的电流成正比.

(3)UCC′= I,则B==

故该元件所在处的磁感应强度B的大小为0.02T.

解析

解:(1)电流沿x轴正方向,知电子流动的方向沿x轴负方向,根据左手定则,知电子向C侧面偏转,所以C侧面得到电子带负电,C′侧面失去电子带正电.故C‘面电势较高.

(2)当电子受力平衡时有:.得U=vBb.电流的微观表达式I=nevS=nevbd.所以v=.U=.知两个侧面的电势差与其中的电流成正比.

(3)UCC′= I,则B==

故该元件所在处的磁感应强度B的大小为0.02T.

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题型: 单选题
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单选题

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,电势差U、电流I和磁感应强度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(  )

A载流子所受静电力的大小F=q

B导体上表面的电势一定大于下表面的电势

C霍尔系数为K=,其中n为导体单位长度上的电荷数

D载流子所受洛伦兹力的大小F=,其中n为导体单位体积内的电荷数

正确答案

D

解析

解:A、静电力大小应为:,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=qvB,其中,可得,故D正确;

故选:D.

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题型: 多选题
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多选题

污水处理站的管道中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为B的匀强磁场,在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极,当含有大量正负离子(其重力不计)的污水充满管口从左向右流经该装置时,测出电极间的电势差U,就可测出污水流量Q(单位时间内流出的污水体积).则(  )

A前表面的电势低于后表面的电势

B若污水为电中性,则两极间的电势差为零

C若污水中离子浓度越高,则两极间的电势差越大

D若管道中污水流量越大,则两极间的电势差越大

正确答案

A,D

解析

解:A、污水中正离子较多,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正确.

B、由A分析可知,前后面电势的高低与污水中有何种离子有关,与是否为电中性无关,故B错误;   

C、根据Q=,则U=,电压表的示数与磁感应强度、流量Q以及流量计的高低有关,与离子浓度无关.故C错误.

 D、最终正负离子会受到电场力、洛伦兹力处于平衡,有qE=qvB,即=vB.而污水流量Q=vbc=bc=,可知Q与U成正比,与a、b无关.故D正确.

故选:AD.

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