洛伦兹力和显像管_章节学习

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题型：多选题

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多选题

（2015秋•重庆校级期末）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q=1.6×10-19C．在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.0×10-2m、长6c=L=4.0×10-2m、厚h=1×10-2m，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ab方向产生1.0×10-5V的横电压．则下列说法正确的是（　　）

A若载流子是电子，则a端电势比b端电势低

B薄板中形成电流，的载流子定向运动的速率是6.7×10-4m/s

C薄板中形成电流，的载流子热运动的速率是6.7×10-4m/s

D这块霍尔材料中单位体积内的载流子仑数为3.75×1027个

正确答案

B,D

解析

解：A、根据左手定则，电子向bc端偏转，则ad端带正电，知ad端电势高，故A错误．

BC、稳定时载流子，在沿宽度方向上受到的磁场力和电场力平衡，有：

qvB=q

解得：v==m/s=6.7×10-4m/s，因此载流子定向运动的速率是6.7×10-4m/s，并不是热运动的速率，故B正确，C错误．

D、根据电流的微观表达式得：I=nqSv

则单位体积内的载流子个数为：n==/m3=3.75×1027/m3，故D正确；

故选：BD．

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题型：多选题

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多选题

载流子浓度（单位体积内自由电荷的个数）是半导体材料的重要参数，工艺上通过控制三价或者五价掺杂原子的浓度，来控制P型或者N型半导体的载流子浓度．利用霍尔效应可以测量载流子的浓度或者类型．如图所示一块半导体材料样品，高为d宽为b，均匀磁场垂直于样品表面，磁感应强度为B，样品中通过的电流为I，现在测得霍尔电压为UH，每个自由电荷所带电荷大小为e，下列说法中正确的是（　　）

A若测得前后表面的电压大于零，载流子带正电

B若测得前后表面的电压大于零，载流子带负电

C载流子浓度为

D载流子浓度为

正确答案

A,C

解析

解：A、若载流子带正电，根据题意可知，载流子受到的洛伦兹力垂直B向外，即向前表面偏转，导致前表面的电压高于后表面，故A正确；

B、若载流子带负电，根据题意可知，载流子受到的洛伦兹力垂直B向外，即向前表面偏转，导致前表面的电压低于后表面，故B错误；

C、当电场力与洛伦兹力相平衡时，则有：Bev=e，

设单位体积内自由电荷的个数为n，则有：；

由以上两式可解得：n=；故C正确，D错误；

故选：AC

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题型：多选题

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多选题

图为磁流体发电机的原理图．将一束等离子体（含有大量的正、负离子），射入磁场，从而可向外电路供电．下列相关说法正确的是（　　）

A正离子在磁场中向下偏转

BA板将带负电

C闭合开关时，电流从上到下通过电阻R

D磁场超强，极板间可达到的最大电压越大

正确答案

C,D

解析

解：A、大量带正电和带负电的离子向右进入磁场时，由左手定则可以判断正离子受到的洛伦兹力向上，所以正离子会聚集的A板上，负离子受到的洛伦兹力向下，负离子聚集到B板上，故A板相当于电源的正极，B板相当于电源的负极，闭合开关时，则通过电阻R的电流从上到下，故C正确，AB错误．

D、根据电场力与洛伦兹力平衡，则有：qE=Bqv，且E=，解得：U=Bdv，因此磁场越强，极板间可达到的最大电压越大，故D正确；

故选：CD．

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题型：单选题

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单选题

如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足：UH=k，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离．电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则（　　）

A霍尔元件前表面的电势低于后表面

B若电源的正负极对调，电压表将反偏

CIH与I成反比

D电压表的示数与RL消耗的电功率成正比

正确答案

D

解析

解：A、根据电流周围存在磁场，结合安培定则可知，磁场的方向，而电子移动方向与电流的方向相反，再由左手定则可得，电子偏向内侧，导致前表面的电势高于后表面，故A错误；

B、当电源正负对调后，磁场虽反向，而电子运动方向也反向，由左手定则可知，洛伦兹力的方向不变，则电压表将不会反偏，故B错误；

C、如图所示，R和霍尔元件串联再与RL并联，I是干路电流，IH是霍尔元件支路的电流，电压表测量的是UH而不是外电路（就是串联R再并联RL）中霍尔元件的电压，根据串并联特点，则有：IRL=IH（R+RL），即为I=IH；因此IH与I成正比，故C错误；

D、根据RL消耗的电功率PL=（IH）2RL=，显然PL与成正比，又因为磁感应强度大小B与I成正比，即B与IH成正比，电压表的示数UH=k，则UH与成正比，所以UH与RL消耗的电功率PL成正比，故D正确．

故选：D．

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题型：单选题

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单选题

利用如图所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数n，现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b，厚为d，并加有与侧面垂直的匀强磁场B，当通以图示方向电流I时，在导体上、下表面间用电压表可测得电压为U．已知自由电子的电荷量为e，则下列判断正确的是（　　）

A上表面电势高

B上、下表面电势一样高

C该导体单位体积内的自由电子数为

D该导体单位体积内的自由电子数为

正确答案

D

解析

解：A、根据左手定则，电子向上表面偏转，下表面失去电子带正电，所以下表面电势高．故A、B错误．

C、再根据e=evB，I=neSv=nebdv得n=，故D正确，C错误．

故选D．

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题型：单选题

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单选题

医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为168µV，磁感应强度的大小为0.040T．则血流速度的值和电极a、b的正负为：

（　　）

A2.8m/s，a正、b负

B1.4m/s，a负、b正

C2.8m/s，a负、b正

D1.4m/s，a正、b负

正确答案

D

解析

解：血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏．则a带正电，b带负电．最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有q=qvB，所以v===1.4m/s，选项D正确．

故选：D．

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题型：单选题

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单选题

医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度，电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为240µV，磁感应强度的大小为0.040T．则血流速度和电极a、b的正负为（　　）

A2m/s，a正、b负

B4m/s，a正、b负

C2m/s，a负、b正

D4m/s，a负、b正

正确答案

C

解析

解：血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向下的洛伦兹力，负离子受到向上的洛伦兹力，所以正离子向下偏，负离子向上偏．则a带负电，b带正电．最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有q=qvB，所以v==m/s=2m/s．故C正确，ABD错误．

故选：C．

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题型：简答题

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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．

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题型：单选题

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单选题

医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160µV，磁感应强度的大小为0.040T．则血流速度的近似值和电极a、b的正负为（　　）

A1.3m/s，a正、b负

B2.7m/s，a正、b负

C1.3m/s，a负、b正

D2.7m/s，a负、b正

正确答案

A

解析

解：血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏．则a带正电，b带负电．最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有，所以v=．故A正确，B、C、D错误．

故选A．

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题型：单选题

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单选题

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前表面的电势高于后表面的电势

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

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错误．

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：D．

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