2023届浙江物理三轮冲刺课件：选考 考前热点预测霍尔效应问题

浙江物理选考 考前热点预测 霍尔效应问题 霍尔效应问题 霍尔效应问题 考点预测与难点分析 1. 霍尔元件的原理以及正负载流子问题 2. 电磁流量计、磁流体发电机、霍尔元件的区别与联系 3. 霍尔电势差与电动势的区别 霍尔元件的原理以及正负载流子问题 霍尔元件的原理以及正负载流子问题 霍尔元件的原理以及正负载流子问题 电磁流量计、磁流体发电机、霍尔元件的区别与联系 霍尔电势差与电动势的区别 回顾：闭合电路欧姆定律 典型例题 典型例题 增强训练 增强训练 增强训练 增强训练 参考答案 【真题回顾】某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场 ，通有待测电流 的直导线 垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场 。调节电阻R，当电流表示数为 时，元件输出霍尔电压 为零，则待测电流 的方向和大小分别为 A． ， B． ， C． ， D． ， 霍尔效应：金属导体板放在垂直于它的匀强磁场中，当导体板中通过电流时，在平行于磁场且平行于电流的两个侧面之间会产生电势差，这种现象叫霍尔效应 产生原因：为简便起见，选择一截面为矩形的金属导体，在x方向通过电流I，在z方向加上匀强磁场B，则很容易判断，运动的电子在洛伦兹力的作用下，向下表面聚集。这样，道题内就会形成上表面电势高，下表面电势低的电势差，该电场可看做匀强电场。运动的电子将同时受到电场力和洛伦兹力的作用，随着电荷的积累，最终运动的电子将达到受力平衡状态，此时上下表面的电势差达到稳定。 推导过程：设匀强磁场的磁感应强度为B，通过霍尔元件的电流为I，霍尔元件的厚度为d，高度为h，单位体积内载流子数量为n，载流子所带的电荷量为q。 则，由平衡条件，qvB=qE=qU/d 电流的微观表达式I=nqSv 且S=hd 联立，得U=Bdv=BI/（nqd） 思考：正负电荷沿相反方向运动形成的电流等效吗？ 显然，当电流方向相同的时候，不同的载流子会使得霍尔元件的上下表面的电性截然相反。 继续思考：如果正负载流子同向运动呢？反向运动呢？ 小结：处理霍尔效应类问题时，应当首先明确载流子的种类及其运动方向，进而判断极板的电性。 磁强计 电磁流量计 磁流体发电机 霍尔元件 功能 利用霍尔效应测量磁感应强度B 利用霍尔效应测量流量Q 利用霍尔效应发电 利用霍尔效应产生电势差 示意图 原理 qE=qvB I=neSv S=Ld 联立，解得 B=nqdU/I qE=qvB E=U/d Q=Sv 联立，解得 Q=πdU/（4B） E=Bdv U=BI/（neh） 磁流体发电的原理如图所示．将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为d、宽为a、长为b的两平行金属板间便产生电压．如果把上、下板和电阻R连接，上、下板就是一个直流电源的两极．若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ．忽略边缘效应，下列判断正确的是（ ） A．上板为正极，电流 B．上板为负极，电流 C．下板为正极，电流 D．下板为负极，电流 可见，只有未接外电路时两板间的电场强度E=Bv才成立 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＝ ，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 C．IH与I成正比 D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 审题：霍尔元件的导电物质为电子，霍尔元件与RL并联。 解析：导电物质为电子，电流从上到下经过霍尔元件，所以电子是从下向上经过霍尔元件，由左手定则判断电子受到的洛伦兹力向后表面偏转，后表面积累负电荷，后表面电势低于前表面,根据左手定则可知电子受到指向霍尔元件后方的洛伦兹力，所以电子会汇集在后表面，使霍尔元件前表面的电势高于后表面，A错误。 若电源正负极对调，磁场和电流的方向同时反向，电子受到的洛伦兹力方向不变，最终电子仍将汇集在后表面，所以电压表不会反偏，B错误. 分析电路结构知，霍尔元件与RL并联，在电路稳定的情况下，霍尔元件中的电流IH与线圈中电流I的比值不变，C正确. 电压表读数为UH，B与I成正比,IH与I成正比，所以UH与I2成正比，RL消耗的电功率P=I2RL，因此电压表示数与RL消耗的电功率成正比，D正确。 答案:CD 1．（2023春·广东·高三校联考阶段练习）磁强计是一种测量磁感应强度的仪器，其原理如图所示，取一块长方体金属导体，使磁场方向垂直于金属前后表面（即沿x轴方向），