- 洛伦兹力和显像管
- 共391题
随着社会生产的发展,大型化工厂已越来越多,环境污染也越来越严重.为减少环境污染,技术人员在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,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、若污水中正离子较多,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错误;
B、若污水中负离子较多,根据左手定则,则负离子向前表面偏,则前表面比后表面电势低,故B错误.
C、电场力、洛伦兹力处于平衡,有qE=qvB,即=vB.而污水流量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=
,则U=
,可知Q与U成正比,故D正确.
故选:D.
(2015秋•内江期末)如图所示,在水平面内有一块均匀的长方形金属块样品,长为a,宽为b,高为c,放在垂直于纸面沿CD方向向里的匀强磁场中,如果沿AB方向通以水平向右的电流I时,此时金属块的电阻为R,那么,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、沿AB方向测得的电阻为R,根据电阻定律R=ρ,即有R=ρ
,
那么电阻率为ρ=R;
根据电阻定律,那么沿CD方向的电阻R′=ρ×=
R×
=
R;故A正确,B错误.
CD、根据左手定则知,电子向上表面偏转,则上表面带负电,下表面带正电,即金属块上表面的电势比下表面电势低,故D正确,C错误;
故选:AD.
一长方形金属块(上表面为M,下表面为N)放在匀强磁场B中,如图所示,今将金属块通以如图所示的电流I,则( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则,知电子向上极板偏转,则上表面带负电,下表面失去电子带正电.则φM<φN.故A错误,B正确.
C、设金属块的长宽高分别为a、d、b,根据qvB=,所以U=Bvb,因为电流的微观表达式I=nqvS=nqvdb,则v=
,则
,因为
是常数,所以金属板的电势差
(K为常量),其中d为金属块沿着磁场方向的距离.故C错误,D正确.
故选BD.
目前,世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机.如图所示表示它的原理:将一束等离子体喷射入磁场,在磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压.如果射入的等离子体速度均为v,两金属板的板长为L,板间距离为d,板平面的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于喷射等离子体的方向,负载电阻为R,电离气体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时,电流表示数为I.那么,关于板间电离气体的电阻率和A、B板带电情况正确的是( )
正确答案
解析
解:由左手定则知,正离子向B板运动,即B板带正电.发电机稳定时,离子所受电场力等于洛伦兹力得:U=Bvd,又
,R1为板间电离气体的电阻,且
,联立得到电阻率ρ的表达式为
.故B、C正确,A、D错误.
故选BC.
霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展.如图1所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足,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半导体薄片的霍尔系数.
①若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图1所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与______(填“M”或“N”)端通过导线相连.
②已知薄片厚度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UH值,记录数据如下表所示.
根据表中数据在图3中画出UH-I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10-3V•m•A-1•T-1(保留2位有效数字).
③该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图2所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出).为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向______(填“a”或“b”),S2掷向______(填“c”或“d”).
为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中.在保持其它连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件______和______(填器件代号)之间.
正确答案
解:①根据左手定则得,正电荷向M端偏转,所以应将电压表的“+”接线柱与M端通过导线相连.
②UH-I图线如图所示.根据知,图线的斜率为
=k
=0.375,解得霍尔系数k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1.
③为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向b,S2掷向c,为了保护电路,定值电阻应串联在S1,E(或S2,E)之间.
故答案为:①M ②如图所示,1.5(1.4或1.6)③b,c;S1,E(或S2,E)
解析
解:①根据左手定则得,正电荷向M端偏转,所以应将电压表的“+”接线柱与M端通过导线相连.
②UH-I图线如图所示.根据知,图线的斜率为
=k
=0.375,解得霍尔系数k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1.
③为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向b,S2掷向c,为了保护电路,定值电阻应串联在S1,E(或S2,E)之间.
故答案为:①M ②如图所示,1.5(1.4或1.6)③b,c;S1,E(或S2,E)
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,k为霍尔系数,对于一个霍尔元件d、k为定值,如果保持电流I恒定,则可以验证UH随B的变化情况.以下说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:A、电子最终在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡,有,解得UH=vBL,则将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时,B增大,则UH将变大.故A正确.
BC、地球赤道上方的地磁场方向水平,两极上方的磁场方向竖直,在测地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持竖直.在测量两极磁场强弱时,霍尔元件的工作面应水平.故B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.
本题选错误的,故选:C.
在一个很小的巨型半导体薄片上,制作四个电极E、F、M、N,它就成了一个霍尔元件(如图),在E、F通入恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,元件在沿磁场方向的厚度为d,在M、N间出现了电压UH,称为霍尔电压.
(1)电流和磁场方向如图所示,载流子是电子,______端电势较高;(填M或N)
(2)当电流恒定和所用材料一定时,霍尔电压UH与______成正比,与______成反比.
正确答案
解:(1)根据左手定则知,电子向N端偏转,所以M端带正电,N端带负电,M端的电势较高.
(2)设薄片的长度为a,宽度为b,根据电子受力平衡得,,解得UH=Bvb,
因为I=nevS=nevbd,解得v=,
代入解得,n表示单位体积内的电子数,可知霍尔电压与B成正比,与d成反比.
故答案为:(1)M (2)B,d
解析
解:(1)根据左手定则知,电子向N端偏转,所以M端带正电,N端带负电,M端的电势较高.
(2)设薄片的长度为a,宽度为b,根据电子受力平衡得,,解得UH=Bvb,
因为I=nevS=nevbd,解得v=,
代入解得,n表示单位体积内的电子数,可知霍尔电压与B成正比,与d成反比.
故答案为:(1)M (2)B,d
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、C正确.
D、在测定地球两极上方地磁场强弱时,应将元件的工作面保持水平,让磁场垂直通过.故D正确.
故选:BCD.
(2015秋•泰州校级期末)如图所示,厚度为h、宽度为d的金属导体,当磁场方向与电流方向(自由电子定向移动形成电流)垂直时在上、下表面会产生电势差,这种现象称为霍尔效应,当导体中通入电流强度为I的电流时,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据左手定则,知自由电子向上偏转,则上表面带负电,下表面带正电,下表面的电势高于上表面.故A正确,B错误.
CD、根据电流的微观表达式:I=neSv=nedhv可知,h增大时,载流金属导体中的载流子运动的速度减小;
根据evB=e,解得U=vBh=,
•hB=
,知与h无关,与d成反比.故C错误,D正确.
故选:AD.
如图所示,有一金属块放在垂直于表面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,金属块的上下两表面M、N间的电压为U,则金属块中单位体积内的自由电子数目为( )
正确答案
解析
解:A、B、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,所以下表面带正电.故A错误,B正确.
C、D、再根据e=evB,I=neSv=nehdv,得:n=
,故C正确,D错误.
故选:BC.
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