- 洛伦兹力和显像管
- 共391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( )
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,I=nqvS=nqvbc,则U=
.故A错误,C错误,B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:BD.
(2015秋•天津校级期末)磁流体发电是一项新兴技术,如图所示.平行金属板A、B之间有一个很强的磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)喷入磁场,A、B和用电器连接,A、B就是一个直流电源的两个电极.
图中A、B板哪一个是电源的正极?______(填写“A”或“B”),若A、B两板相距为d,板间的磁场按匀强磁场处理,磁感应强度为B,等离子体以速度v,出之于B的方向射入磁场,这个发电机的电动势是______.
正确答案
B
Bdv
解析
解:根据左手定则知正电荷向下偏,负电荷向上偏,上极板带负电,下极板带正电,即B极带正电;
最终电荷处于平衡有:qvB=q,解得:电动势E=Bdv.
故答案为:B,Bdv.
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UH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.以下说法中正确的是( )
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,evB=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.
B、C、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.
故选:ABD.
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而向下,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UCD=
,n由材料决定,故U与材料有关;U还与厚度c成反比,与宽b无关,同时还与磁场B与电流I有关,故A错误、C也错误.
B、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.故B错误.
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正确.
故选:D.
如图,将一金属或半导体薄片垂直置于磁场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.其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是c、f间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH.当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EH和UH达到稳定值,UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UN=RH
,其中比例系数RH称为霍尔系数,仅与材料性质有关
(1)若半导体材料是自由电子导电的,请判断图1中______端(填c或f)的电势高;
(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的自由电子数为n,电子的电荷量为e,请导出霍尔系数RH的表达式______.(通过横截面积S的电流I=nevS,其中v是导电电子定向移动的平均速率.
正确答案
C
解析
解:(1)电流的方向水平向右时,电子向左定向移动,根据左手定则,电子向f面偏转.f面得到电子带负电,c面失去电子带正电,所以C端的电势高.
(2)最终电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等,设半导体薄片的宽带为a,有,
根据电流I=nevS,v=,
所以,
则尔系数RH=.
故本题答案为:(1)C,(2).
将导体放在沿z方向的匀强磁场中,并通有沿y方向的电流时,在导体的前后两侧面间会出现电势差,此现象称为霍尔效应.利用霍尔效应的原理可以制造磁强计,测量磁场的磁感应强度.磁强计的原理如图所示,电路中有一段长为c的金属导体,它的横截面宽为a,高为b的长方形,其金属电阻率为ρ,放在沿z正方向的匀强磁场中,导体中通有沿y轴正方向、电流强度为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,金属导体导电过程中,自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:C、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,故C错误;
A、稳定后电子受洛伦兹力和电场力平衡,有:
evB=e
电流的微观表达式为:
I=neSv
其中:S=ab
联立解得:
v=,故A错误;
B、为保持通入该强度的电流,则需要在左右两侧AA′上加恒定电压,根据欧姆定律,有:
UAA′=IR
根据电阻定律,有:
R=ρ
联立解得:
UAA′=,故B正确;
D、若稳定后测得导体前后侧面的电压为U,稳定后电子受洛伦兹力和电场力平衡,有:
evB=e
电流的微观表达式为:
I=neSv
其中:S=ab
联立解得:
B=,故D错误;
故选:B.
如图是磁流体发电机的示意图,在间距为d的平行金属板A,C间,存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,两金属板通过导线与滑动变阻器相连,变阻器接入电路的电阻为R.等离子体连续以速度v平行于两金属板垂直射入磁场,理想电流表A的读数为I,发电机内阻为r,则( )
正确答案
解析
解:A、根据qvB=q得,E=Bdv.则路端电压为U=Bdv-Ir,故A正确.
B、根据功率表达式,发电机的内电阻消耗的电功率为I2r.故B错误.
C、发电机的效率η==
.故C正确.
D、变阻器触头P向上滑动时,总电阻减小,则总电流增加,单位时间内流过的电荷数增大,则单位时间内到达金属板A、C的等离子体数目增大.故D错误.
故选:AC.
霍尔式位移传感器的测量原理是:如图所示,有一个沿z轴方向的磁场,磁感应强度B=B0+kz(B0,k均为常数),将将传感器固定在物体上,保持通过霍尔元件的电流不变(方向如图中箭头所示).当物体沿z轴方向移动时,由于位置不同,霍尔元件在y轴方向的上下表面的电势差U也不同,则( )
正确答案
解析
解:A、最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,
设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c,有q=qvB,电流的微观表达式为I=nqvS=nqvbc,所以U=
.B越大,上、下表面的电势差U越大.电流越大,上、下表面的电势差U越大.故AD正确.
B、k越大,根据磁感应强度B=B0+kz,知B随z的变化越大,根据U=.知,U随z的变化越大,即传感器灵敏度(
)越高.故B正确.
C、霍尔元件中移动的是自由电子,根据左手定则,电子向下表面偏转,所以上表面电势高.故C错误.
故选:ABD.
(2016春•大庆校级月考)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.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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错误,B正确.
C、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:BD.
某制药厂的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的污水充满管从左向右流经该装置时,利用电压表所显示的两个电极间的电压U,就可测出污水流量Q(单位时间内流出的污水体积).关于该流量计下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、后表面电势高于前表面,则两表面间形成电势差.故A正确.
B、根据左手定则,正离子向后表面偏转,负离子向前表面偏转,知后表面的电势一定高于前表面的电势,前后表面的电势差不为零.故B错误.
C、最终离子受电场力和洛伦兹力平衡,有:qvB=q
得:v=.
Q=vS=vbc=bc=
.知流量越大,两个电极间的电压U越大,与正负离子的数目无关.故C正确,D错误.
故选:AC.
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