- 洛伦兹力和显像管
- 共391题
目前,世界各国都在积极研究磁流体发电机,设两金属板间的距离为d,两极板间匀强磁场的磁感应强度为B.等离子体垂直进入磁场的速度为v,单个离子所带的电量为q.离子通道(即两极板内所围成空间)的等效电阻为r,负载电阻为R.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则,可知,正电荷向上偏,负电荷向下偏,则上板是电源的正极,下板是电源的负极,故A错误;
B、根据qvB=q 得电动势的大小为:E=Bdv,故B错误;
C、闭合电路欧姆定律,则流过R的电流为:I==
,而功率P=I2R=
,故C错误.
D、设总功率为P,电源功率,P=IE,
且I=,
则有:P==
,故D正确;
故选:D.
(2015秋•淮南期末)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,磁感线强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,E、F为前后侧面,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:AC、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=.故A错误,C正确.
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错误.
故选:BC.
霍尔元件是一种基于霍尔将就的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,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由正电荷定向运动形成.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则知,正电荷向左移动,所以N端得到正电荷带正电,M端失去正电荷带负电,可知N的电势高于M点的电势.故A错误.
B、根据qvB=得,
,
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,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、D正确.
C、霍尔元件能够把磁学量转换为电学量.故C正确.
故选:BCD.
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( )
正确答案
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,电子偏向后表面,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,电压表测量的霍尔元件的电压UH,而不是外电路(就是串联R再并联RL),根据串并联特点,则有:IHR=(I-IH)RL,即为I=;因此IH与I成正比,故C正确;
D、根据RL消耗的电功率PL==
,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=
,则UH与I2成正比,所以UH与RL消耗的电功率PL成正比,故D正确.
故选:CD.
如图,将一束等离子体喷射入磁场,在场中有两块金属板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,方向垂直于速度方向,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( )
正确答案
解析
解:A、它可以把气体的内能直接转化为电能,而磁场对带电粒子不做功,故A错误;
B、最终稳定时,电荷所受洛伦兹力和电场力处于平衡,有qvB=q.
解得U=vBd,则两板间电场E==Bv,而
式中IR少了电离气体的电阻,故B错误;
C、稳定工作时效率η==
,故C正确,
D、根据闭合电路欧姆定律得,电离气体的电阻R′=-R=
-R.
由电阻定律得,R′=ρ
解得ρ=(
-R).故D正确.
故选:CD.
如图是电磁流量计的示意图.圆管由非磁性材料制成,空间有匀强磁场.当管中的导电液体流过磁场区域时,测出管壁上MN两点间的电动势E,就可以知道管中的流量Q--单位时间内流过横截面的液体的体积.已知管的直径为d,磁感应强度为B,试推导Q与E的关系Q=______.假定管中各处液体的流速相同.
正确答案
解析
解:导电液体流过磁场区域稳定时,电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡,则有q,解得v=
流量Q=vS=.
故答案为:
电磁泵在目前的生产科技中得到了广泛应用,如图所示是电磁泵的原理图,泵体是一个长方体空腔,ab边长为L,两侧端面是边长为a的正方形;流经泵体内的液体密度为ρ,在进口处接入电导率为σ(电阻率的倒数)的导电液,泵体所在处有方向垂直向外的磁场,磁感应强度为B,泵体的上下两表面接在电压恒为U的电源上,则( )
正确答案
解析
解:A、当泵体上表面接电源的正极时,电流从上向下流过泵体,这时受到的磁场力水平向左,拉动液体,故A正确;
B、根据电阻定律,泵体内液体的电阻:R=ρ=
×
=
;
因此流过泵体的电流I==ULσ,故B错误;
C、增大磁感应强度B,受到的磁场力变大,因此可获得更大的抽液高度,则质量就增大,故C正确;
D、若增大液体的电阻率,可以使电流减小,受到的磁场力减小,使附加压强越小,而却增大电导率,即减小电阻率,驱动力越大,故D错误;
故选:AC.
霍尔效应是电磁基本现象之一,在现代汽车上广泛应用霍尔器件:ABS系统 中的速度传感器、汽车速度表等.如图1,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UH=k,式中k为霍尔系数,由半导体材料的性质决定,d为薄片的厚度.利用霍尔效应可以测出磁场中某处的磁感应强度B.
(1)为了便于改变电流方向作研究,设计如图2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P端流入,Q端流出,应将S1掷向______(填“a”或“b”),S2掷向______(填“c”或“d”).
(2)已知某半导体薄片厚度d=0.40mm,霍尔系数为1.5×10-3V•m•A-1•T-1,保持待测磁场磁感应强度B不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如表.
根据表中数据在给定区域内图3中画出UH-I图线,利用图线求出待测磁场B为______T.
(3)利用上述方法,可以粗略测出磁场的分布.为了更精细测出磁场的分布,可采取的措施有______
(A)选用厚度较薄的半导体薄片
(B)选用厚度较厚的半导体薄
(C)选用霍尔系数k大的半导体薄片
(D)增大电流强度I.
正确答案
解:(1)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.
(2)UH-I图线如图所示.根据UH=k知,图线的斜率为k
=0.375,
而霍尔系数k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1,且d=0.40mm,
代入数据,解得:B==0.1T;
因此待测磁场B为0.1±0.02T;
(3)由上式可知,当厚度较薄的、霍尔系数k大的半导体薄片,更能精确测量磁场的分布,而增大电流强度I时,不会增大斜率,即不会提高测量精确度.故AC正确;
故答案为:(1)b,c;(2)图如上所示,0.1±0.02T; (3)AC.
解析
解:(1)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.
(2)UH-I图线如图所示.根据UH=k知,图线的斜率为k
=0.375,
而霍尔系数k=1.5×10-3V•m•A-1•T-1,且d=0.40mm,
代入数据,解得:B==0.1T;
因此待测磁场B为0.1±0.02T;
(3)由上式可知,当厚度较薄的、霍尔系数k大的半导体薄片,更能精确测量磁场的分布,而增大电流强度I时,不会增大斜率,即不会提高测量精确度.故AC正确;
故答案为:(1)b,c;(2)图如上所示,0.1±0.02T; (3)AC.
如图所示为磁流体发电机的原理图:将一束等离子体喷射入磁场,在场中有两块金属板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,方向垂直于速度方向,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,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时,由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下,所以正电荷会聚集的B板上,负电荷受到的洛伦兹力向上,负电荷聚集到A板上,故B板相当于电源的正极,A板相当于电源的负极,所以通过电阻R的电流从下到上,即B-R-A,故A错误,B正确;
C、根据qvB=q得,E=Bdv.故C正确.
D、根据欧姆定律得,r=-R=
-R,再由电阻定律,R=
,则有:电阻率ρ=
(
-R).故C正确,D错误.
故选:BC.
(2015秋•忻州校级期末)如图所示,一段长方体金属导电材料,厚度为a、高度为b、长度为l,内有带电量为e的自由电子.该导电材料放在垂直于前后表面的匀强磁场中,磁感应强度为B.当有大小为I的恒定电流垂直于磁场方向通过导电材料时,在导电材料的上下表面间产生一个恒定的电势差U.
(1)比较上下表面电势的高低;
(2)求该导电材料单位体积内的自由电子数n.
正确答案
解:
(1)由左手定则可知,自由电子受力向上;故转移到上表面,下表面带正电,
故下表面的电势高;
(2)上下表面间电势差稳定时,对于定向移动的自由电子来说在竖直方向受力平衡,
即洛仑兹力与电场力平衡,有:evB=e
导体中电流的微观表达式:I=nesv
沿电流方向导电材料的横截面积为s=ab
联立解得:n=
答:(1)下表面电势的高;
(2)该导电材料单位体积内的自由电子数.
解析
解:
(1)由左手定则可知,自由电子受力向上;故转移到上表面,下表面带正电,
故下表面的电势高;
(2)上下表面间电势差稳定时,对于定向移动的自由电子来说在竖直方向受力平衡,
即洛仑兹力与电场力平衡,有:evB=e
导体中电流的微观表达式:I=nesv
沿电流方向导电材料的横截面积为s=ab
联立解得:n=
答:(1)下表面电势的高;
(2)该导电材料单位体积内的自由电子数.
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