如图所示,厚度为h,宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A"之间会产生电势差,这种现象称为霍

如图所示,厚度为h,宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A"之间会产生电势差,这种现象称为霍

题型:同步题难度:来源:
如图所示,厚度为h,宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A"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B的关系为,式中的比例系数k称为霍尔系数。
霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场,横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力。当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体扳上下两侧之问就会形成稳定的电势差。
设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向移动速度为v,电荷量为e,回答下列问题:
(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势_________下侧面A"的电势。(填“高于”“低于”或“等于”)
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为_________。
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为_________。
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为k=,其中n代表导体板单位体积内电子的个数。
答案
(1)低于
(2)evB
(3)
(4)电子受纵向静电力和洛伦兹力的作用,二力平衡
得U=hvB
通过导体的电流I=nevdh
有hvB=k
 
举一反三
如图所示,有电流I流过长方体金属块,金属块宽度为d,高为b,有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里,金属块单位体积内的自由电子数为n,试问金属块上、下表面哪面电势高?电势差是多少?
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不定项选择霍尔元件能转换哪两个物理量(   )A.把温度这个热学量转换成电阻这个电学量
B.把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
C.把力这个力学量转换成电压这个电学量
D.把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
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利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。
如图1,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UH=RH,其中比例系数RH称为霍尔系数,仅与材料性质有关。
(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l,请写出UH和EH的关系式;若半导体材料是电子导电的,请判断图1中c、f哪端的电势高;
(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为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);
(3)图2是霍尔测速仪的示意图,将非磁性圆盘固定在转轴上,圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体,相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时,霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图3所示。
a.若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,请导出圆盘转速N的表达式;
b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程,除此之外,请你展开“智慧的翅膀”,提出另一个实例或设想。
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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可以变大
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
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1879年美国物理学家霍尔发现,在金属薄片相对的两侧面通以控制电流I,在与薄片垂直方向施加磁感应强度为B的磁场,那么,在垂直于电流和磁场方向的另外两个侧面将产生与控制电流和磁场成正比的电动势UH,即UH=RH,公式中RH为霍尔系数,薄片的厚度为d。如图所示,设金属薄片的宽为l,每单位体积的自由电子数为n,每个自由电子的电荷量为q,自由电子定向移动的平均速率为v。试证明RH

题型:0121 期末题难度:| 查看答案
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