2020屆高考物理計(jì)算題復(fù)習(xí)《霍爾效應(yīng)》(解析版)

1、霍爾效應(yīng)、計(jì)算題1. 將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場(chǎng)中，并沿垂直磁場(chǎng)方向通入電流，則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場(chǎng)方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差.(1) 某長方體薄片霍爾元件，其中導(dǎo)電的是自由電子，薄片處在與其上表面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面a、b間通以如圖所示的電流時(shí)，另外兩側(cè)面c、d間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH，請(qǐng)判斷圖中c、d哪端的電勢(shì)高(2) 可以將(1)中的材料制成厚度為h寬度為L的微小探頭，測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度,將探頭放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、b間通以大小為I的電流，測(cè)出霍爾電勢(shì)差，再將探頭放入待測(cè)磁場(chǎng)中，保持I不變，測(cè)出霍爾電勢(shì)差UH，利用上

2、述條件，求：此霍爾元件單位體積內(nèi)自由電子的個(gè)數(shù)n(已知電子電荷量為e)；待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx和B0之間的關(guān)系式(3) 對(duì)于特定的半導(dǎo)體材料，其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值.在具體應(yīng)用中，有Uh=KhIB,式中的Kh稱為霍爾元件靈敏度，一般要求K”越大越好，試通過計(jì)算說明為什么霍爾元件一般都做得很薄.2. (1)如圖1所示，厚度為h,寬度為d的導(dǎo)體板放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于板的兩個(gè)側(cè)面向里，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A'之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛侖茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體

3、板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)，橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛侖茲力方向相反的電場(chǎng)力，當(dāng)電場(chǎng)力與洛侖茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。VS和囹2 達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)體板上下側(cè)面的電勢(shì)哪個(gè)高？ 若測(cè)得上側(cè)面A和下側(cè)面A'之間的電壓為U1，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求此時(shí)電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度為多少？ 由于電流和電壓很容易測(cè)量，因此霍爾效應(yīng)經(jīng)常被用于檢測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。若已知該導(dǎo)體內(nèi)部單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為，電子電量為e,測(cè)得通過電流為I時(shí)，導(dǎo)體板上下側(cè)面的電壓為U求此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。(2)磁流體發(fā)電的原理與霍爾效應(yīng)非常類似。如圖2所示，磁流體發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫

4、截面為矩形的水平管道，管道的長為L、寬為、高為，上下兩面是絕緣板。前后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。整個(gè)管道置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。管道內(nèi)始終充滿電阻率為p0的導(dǎo)電液體(有大量的正、負(fù)離子)，且開關(guān)閉合前后，液體在管道進(jìn)、出口兩端壓強(qiáng)差的作用下，均以恒定速率沿x軸正向流動(dòng)，液體所受的摩擦阻力不變。 求開關(guān)閉合前，M、N兩板間的電勢(shì)差大小U0； 求開關(guān)閉合后，M、N兩板間的電勢(shì)差大小U 關(guān)于該裝置內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化和各力做功，下列說法中正確的A. 該發(fā)電機(jī)內(nèi)部由于電荷隨導(dǎo)電液體沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生了垂直于x軸方向的洛倫茲力分量。這

5、個(gè)力使電荷向側(cè)面兩板聚集，克服靜電力做功，形成電動(dòng)勢(shì)，是電源內(nèi)部的非靜電力B. 閉合開關(guān)后，由于導(dǎo)電液體內(nèi)部產(chǎn)生了從M到N的電流，因此導(dǎo)電液體受到安培力的作用，安培力對(duì)流體做正功C. 雖然洛倫茲力不做功，但它的一個(gè)分量對(duì)電荷做正功，另一個(gè)分量對(duì)電荷做負(fù)功，以這兩個(gè)分量為媒介，流體的動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化為回路中的電能D. 為了維持流體勻速運(yùn)動(dòng)，管道兩端壓強(qiáng)差產(chǎn)生的壓力克服摩擦阻力和安培力做功，是整個(gè)發(fā)電機(jī)能量的來源。3. 一塊N型半導(dǎo)體薄片(稱霍爾元件)，其橫載面為矩形，體積為bxcxd,如圖所示.已知其單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n、電阻率為p、電子電荷量e.將此元件放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向沿Z軸方向，并通有

6、沿x軸方向的電流I.(1) 此元件的CC兩個(gè)側(cè)面中，哪個(gè)面電勢(shì)高？(2) 試證明在磁感應(yīng)強(qiáng)度一定時(shí)，此元件的CC兩個(gè)側(cè)面的電勢(shì)差與其中的電流成正比(3) 磁強(qiáng)計(jì)是利用霍爾效應(yīng)來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的儀器.其測(cè)量方法為：將導(dǎo)體放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)之中，用毫安表測(cè)量通以電流/,用毫伏表測(cè)量c、c,間的電壓uCCi,就可測(cè)得B.若已知其霍爾系數(shù)1='廠并測(cè)得UCC,=0.6mV,I=3mA.試求該元件所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.4. 如圖所示為一塊長為a寬為b厚為c的金屬霍爾元件放在直角坐標(biāo)系中，電流為I，方向沿x軸正方向，強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)沿y軸正方向，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n自由電子的電量為e,與z

7、軸垂直的兩個(gè)側(cè)面有穩(wěn)定的霍爾電壓.則電勢(shì)高(填“上表面”或“下表面”)，霍爾電壓UH=.5. 如圖是磁流體發(fā)電工作原理示意圖。發(fā)電通道是個(gè)長方體，其中空部分的長、高、寬分別為1、a、b前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體，上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可略的導(dǎo)體電極，這兩個(gè)電極與負(fù)載電阻R相連。發(fā)電通道處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向如圖。發(fā)電通道內(nèi)有電阻率為P電荷量為q的高溫等離子電離氣體沿導(dǎo)管高速向右流動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的電離氣體受到磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。發(fā)電通道兩端必須保持一定壓強(qiáng)差，使得電離氣體以不變的流速v通過發(fā)電通道。不計(jì)電離氣體所受的摩擦阻力。根據(jù)提供的信息完成下列問題：(1) 判斷發(fā)電機(jī)導(dǎo)體電極的正負(fù)極，求發(fā)

8、電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E；(2) 發(fā)電通道兩端的壓強(qiáng)差?；(3) 若負(fù)載電阻R阻值可以改變，當(dāng)R減小時(shí)，電路中的電流會(huì)增大；但當(dāng)R減小到R0時(shí)，電流達(dá)到最大值（飽和值）匚；當(dāng)R繼續(xù)減小時(shí)，電流就不再增大，而保持不變。設(shè)變化過程中，發(fā)電通道內(nèi)電離氣體的電阻率保持不變。求R0和Imo6. 利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用屯厶二7于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖，將一金屬或半導(dǎo)體r嚴(yán)薄片垂直置于磁場(chǎng)B中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面a、b間通".以電流I時(shí)，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是c、間建立起電場(chǎng)EH，同時(shí)產(chǎn)生霍爾

9、電勢(shì)差UH當(dāng)電荷所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力處處相等時(shí)，Eh和UH達(dá)到穩(wěn)定值，UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間滿足關(guān)系式uh=rh，其中比例系數(shù)Rh稱為霍爾系數(shù)，僅與材料性質(zhì)有關(guān)。（1）設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度（c、f間距）為1,請(qǐng)寫出UH和Eh的關(guān)系式；若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，請(qǐng)判斷圖中c、f哪端的電勢(shì)高。（2）已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n，電子的電荷量為e,請(qǐng)導(dǎo)出霍爾系數(shù)Rh的表達(dá)式。（通過橫截面積S的電流I=nevS，其中v是導(dǎo)電電子定向移動(dòng)的平均速率）7. 壓力波測(cè)量儀可將待測(cè)壓力波轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，其原理如圖1所示,壓力波p（t）進(jìn)入彈性盒后，通過與鉸鏈O相連的“T”形輕桿

10、L,驅(qū)動(dòng)桿端頭A處的微型霍爾片在磁場(chǎng)中沿x軸方向做微小振動(dòng),其位移x與壓力p成正比（x=ap,a0）?；魻柶姆糯髨D如圖2所示,它由長x寬乂厚=axbxd單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的N型半導(dǎo)體制成。磁場(chǎng)方向垂直于x軸向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=B0（1-卩|x|）,卩0。無壓力波輸入時(shí)，霍爾片靜止在x=0處,此時(shí)給霍爾片通以沿C2方向的電流I,則在側(cè)面上DD2兩點(diǎn)間產(chǎn)生霍爾電壓u0。(1) 指出D、D2兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高；(2) 推導(dǎo)出U0與I、B0之間的關(guān)系式(提示:電流I與自由電子定向移動(dòng)速率v之間關(guān)系為I=nevbd,其中e為電子電荷量)；(3) 彈性盒中輸入壓力波p(t)，霍爾片中通以相同電流

11、,測(cè)得霍爾電壓UH隨時(shí)間t變化圖像如圖3。忽略霍爾片在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和阻尼,求壓力波的振幅和頻率。(結(jié)果用U0、U、t0、a及卩表示)8. 法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設(shè)想，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖，兩塊面積均為S的矩形金屬板，平行、正對(duì)、豎直地全部浸在河水中，間距為d.水流速度處處相同，大小為u方向水平.金屬板與水流方向平行.地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量為B,水的電阻率為P，水面上方有一阻值為R的電阻通過絕緣導(dǎo)線和開關(guān)S連接到兩金屬板上，忽略邊緣效應(yīng)，求：金屬板.(1) 該發(fā)電裝置的電動(dòng)勢(shì)；(2) 通過電阻R的電流強(qiáng)度;(3) 電阻R消耗的電功率.9. 磁流體發(fā)電具有結(jié)

12、構(gòu)簡單、啟動(dòng)快捷、環(huán)保且無需轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械等優(yōu)勢(shì)。如圖所示，是正處于研究階段的磁流體發(fā)電機(jī)的簡易模型圖，其發(fā)電通道是一個(gè)長方體空腔，長、高、寬分別為1、a、b前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體，上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可忽略的導(dǎo)體電極，這兩個(gè)電極通過開關(guān)與阻值為R的某種金屬直導(dǎo)體MN連成閉合電路，整個(gè)發(fā)電通道處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B方向垂直紙面向里。高溫等離子體以不變的速率v水平向右噴入發(fā)電通道內(nèi)，發(fā)電機(jī)的等效內(nèi)阻為r,忽略等離子體的重力、相互作用力及其他因素。（1）求該磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)大小E；（2）當(dāng)開關(guān)閉合后，整個(gè)閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生恒定的電流。a.要使等離子體以不變的速率v通過發(fā)電通道，必須有推動(dòng)等

13、離子體在發(fā)電通道內(nèi)前進(jìn)的作用力。如果不計(jì)其它損耗，這個(gè)推力的功率戶丁就應(yīng)該等于該發(fā)電機(jī)的總功率PD，請(qǐng)你證明這個(gè)結(jié)論；b若以該金屬直導(dǎo)體MN為研究對(duì)象，由于電場(chǎng)的作用，金屬導(dǎo)體中自由電子定向運(yùn)動(dòng)的速率增加，但運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速，因此自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。設(shè)該金屬導(dǎo)體的橫截面積為s,電阻率為P，電子在金屬導(dǎo)體中可認(rèn)為均勻分布，每個(gè)電子的電荷量為e.求金屬導(dǎo)體中每個(gè)電子所受平均阻力的大小f。10. 設(shè)圖中磁流體發(fā)電機(jī)的兩塊金屬板的長度均為a,寬度均為b金屬板平行且正對(duì)放置，間距為d其間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B導(dǎo)電流體的流速為v（保持不變）、電

14、阻率為p,負(fù)載電阻的阻值為R.導(dǎo)電流體從一側(cè)沿垂直磁場(chǎng)且與金屬板平行的方向進(jìn)入兩板間，當(dāng)開關(guān)K撥在1時(shí)，磁流體發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)載電阻供電；當(dāng)開關(guān)撥在2時(shí)，磁流體發(fā)電機(jī)給平行板電容器充電，電容器間一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的懸吊帶電小球在電場(chǎng)力作用下從豎直位置向右偏擺的最大角度為0.求：（1）當(dāng)開關(guān)K撥在1時(shí)，負(fù)載電阻得到的電壓；（2）電容器極板之間的距離S.211. 如圖所示，磁流體發(fā)電機(jī)的通道是一長為L的矩形管道，其中通過電阻率為p的等離子體，通道中左、右一對(duì)側(cè)壁是導(dǎo)電的，其高為h相距為a,而通道的上下壁是絕緣的，所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小為B與通道的上下壁垂直。左、右一對(duì)導(dǎo)電壁用電阻值為r的電阻經(jīng)導(dǎo)線相接，

15、通道兩端氣流的壓強(qiáng)差為#,不計(jì)摩擦及粒子間的碰撞，求等離子體的速率是多少。8第26頁，共26頁12. 據(jù)報(bào)道，我國實(shí)施的“雙星”計(jì)劃所發(fā)射的衛(wèi)星中放置一種磁強(qiáng)計(jì)（霍爾元件傳感器），用于測(cè)定地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等研究項(xiàng)目.磁強(qiáng)計(jì)的原理如圖所示，電路中有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面是寬為a、高為b的長方形，放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、電流強(qiáng)度為I的電流.已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n電子電量為e.金屬導(dǎo)電過程中，自由電子所做的定向移動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng).測(cè)出金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面間的電勢(shì)差為U則:(1) 金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面哪個(gè)電勢(shì)較高?(2) 求磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.13

16、. 霍爾效應(yīng)是電磁基本現(xiàn)象之一，近期我國科學(xué)家在該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究上取得了突破性進(jìn)展.如圖1所示，在一矩形半導(dǎo)體薄片的P、Q間通入電流I,同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B,在M、N間出現(xiàn)電壓UH，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，UH稱為霍爾電壓，且滿足UH=k，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù).某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定該半導(dǎo)體薄片的霍爾系數(shù).圏1圏2(1) 若該半導(dǎo)體材料是空穴(可視為帶正電粒子)導(dǎo)電，電流與磁場(chǎng)方向如圖1所示，該同學(xué)用電壓表測(cè)量UH時(shí)，應(yīng)將電壓表的“+”接線柱與(填“M”或“N”)端通過導(dǎo)線相連.(2) 已知薄片厚度d=0.40mm，該同學(xué)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.10T不變，改變電流I的大小，測(cè)量相

17、應(yīng)的值，記錄數(shù)據(jù)如表所示.I（X10-3A）3.06.09.012.015.018.0UH（X10-3V）1.11.93.44.56.26.8根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定區(qū)域內(nèi)(在圖2上)畫出UH-I圖線，利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)為x10-3VmA-1T-1(保留2位有效數(shù)字).14. 1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng)：將導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，并沿垂直磁場(chǎng)方向通入電流，則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)橫向電勢(shì)差，這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng)，這個(gè)橫向的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差。d(1) 如圖甲所示，某長方體導(dǎo)體abcda'b'Cd，的高

18、度為h、寬度為l,其中的載流子為自由電子，其電荷量為e,處在與abb'a'面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0。在導(dǎo)體中通有垂直于bcc'b'面的電流，若測(cè)得通過導(dǎo)體的恒定電流為I，橫向霍爾電勢(shì)差為UH，求此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個(gè)數(shù)。(2) 對(duì)于某種確定的導(dǎo)體材料，其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值，人們將H=,定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)。利用霍爾系數(shù)H已知的材料可以制成測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的探頭，有些探頭的體積很小，其正對(duì)橫截面(相當(dāng)于圖甲中的abb'a'面)的面積可以在0.1cm2以下，因此可以用來較精確的測(cè)量空間某一位置

19、的磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器，其中的探頭裝在探桿的前端，且使探頭的正對(duì)橫截面與探桿垂直。這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小I,又可以監(jiān)測(cè)出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)差UH，并自動(dòng)計(jì)算出探頭所測(cè)位置磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)。 在利用上述儀器測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中，對(duì)探桿的放置方位有何要求； 要計(jì)算出所測(cè)位置磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，除了要知道H、I、UH外，還需要知道哪個(gè)物理量，并用字母表示。推導(dǎo)出用上述這些物理量表示所測(cè)位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式。15. 某種電磁泵的結(jié)構(gòu)如圖所示，把裝有液態(tài)鈉的矩形截面導(dǎo)管(導(dǎo)管是環(huán)形的，圖中只畫出其中一部分)水

20、平放置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向與導(dǎo)管垂直。讓電流I按如圖方向橫穿過液態(tài)鈉且電流方向與B垂直。設(shè)導(dǎo)管截面高為a,寬為b,導(dǎo)管有長/為L的一部分置于磁場(chǎng)中。由于磁場(chǎng)對(duì)液態(tài)鈉的作用力使液態(tài)鈉獲得驅(qū)動(dòng)力而不斷沿管子向前推進(jìn)。整個(gè)=系統(tǒng)是完全密封的。只有金屬鈉本身在其中流動(dòng)，其余的部件都是固定不動(dòng)的。(1) 在圖上標(biāo)出液態(tài)鈉受磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力的方向。(2) 假定在液態(tài)鈉不流動(dòng)的條件下，求導(dǎo)管橫截面上由磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力所形成的附加壓強(qiáng)p與上述各量的關(guān)系式。（3）設(shè)液態(tài)鈉中每個(gè)自由電荷所帶電量為q,單位體積內(nèi)參與導(dǎo)電的自由電荷數(shù)為n求在橫穿液態(tài)鈉的電流I的電流方向上參與導(dǎo)電的自由電荷定向移動(dòng)的平均速率v

21、0。16磁流體發(fā)電的原理與霍爾效應(yīng)非常類似。如圖所示，磁流體發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道，管道的長為L、寬為、高為，上下兩面是絕緣板。前后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。整個(gè)管道置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。管道內(nèi)始終充滿電阻率為P的導(dǎo)電液體（有大量的正、負(fù)離子），且開關(guān)閉合前后，液體在管道進(jìn)、出口兩端壓強(qiáng)差的作用下，均以恒定速率沿x軸正向流動(dòng)，液體所受的摩擦阻力不變。（1）求開關(guān)閉合前，M、N兩板間的電勢(shì)差大小U0；（1）求開關(guān)閉合后，M、N兩板間的電勢(shì)差大小U；（3）關(guān)于該裝置內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化和各力做功，下列說法中正確的A

22、. 該發(fā)電機(jī)內(nèi)部由于電荷隨導(dǎo)電液體沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生了垂直于x軸方向的洛倫茲力分量。這個(gè)力使電荷向側(cè)面兩板聚集，克服靜電力做功，形成電動(dòng)勢(shì)，是電源內(nèi)部的非靜電力B. 閉合開關(guān)后，由于導(dǎo)電液體內(nèi)部產(chǎn)生了從M到N的電流，因此導(dǎo)電液體受到安培力的作用，安培力對(duì)流體做正功C. 雖然洛倫茲力不做功，但它的一個(gè)分量對(duì)電荷做正功，另一個(gè)分量對(duì)電荷做負(fù)功，以這兩個(gè)分量為媒介，流體的動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化為回路中的電能D. 為了維持流體勻速運(yùn)動(dòng)，管道兩端壓強(qiáng)差產(chǎn)生的壓力克服摩擦阻力和安培力做功，是整個(gè)發(fā)電機(jī)能量的來源17.如圖所示，厚度為h寬度為d的導(dǎo)體板放在與它垂直J/B/的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通

23、過導(dǎo)體/A川板時(shí)，在導(dǎo)體的上側(cè)面A和下側(cè)面A'之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)h|"差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太'rp強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和磁感強(qiáng)度B之間的關(guān)系為U=K，式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù).霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)，橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上、下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差.設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v,電荷量為e.回答下列問題：(1) 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體上側(cè)面A的電勢(shì)下側(cè)

24、面A'的電勢(shì)(填“高于”、“低于”或“等于”).(2) 電子所受的洛倫茲力的大小為.(3) 當(dāng)導(dǎo)體上、下兩側(cè)之間的電勢(shì)差為U時(shí)，電子所受的靜電力的大小為.(4) 由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為K='，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù).18. 如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d,高為b有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,試問金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？*從19. 在圖中，從相對(duì)的兩個(gè)極E、F接出兩條導(dǎo)線，與限流電阻及電流計(jì)串聯(lián)后接到干電池上。調(diào)整電阻值使通入的電流約為10mA，將另一對(duì)電極M

25、、N接到多用表的200mV直流電壓擋上。將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，即寫有字符的表面，將會(huì)看到霍爾電壓怎樣變化？用另一個(gè)磁極去接近，又會(huì)看到什么現(xiàn)象?20. 用如圖所示的裝置可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值，取一長方體金屬塊置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于金屬塊前后兩個(gè)側(cè)面，左右兩側(cè)面接入電路中，測(cè)得流過長方體金屬塊的電流大小為I，用理想電壓表測(cè)得長方體上下兩表面的電勢(shì)差大小為U已知長方體金屬塊的長、寬、高分別為a、b、c,查得該金屬材料單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，電子的電荷量為e，則可以測(cè)出磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值為.21. 如圖所示，一厚為d、寬為b、長為L的載流導(dǎo)體薄板放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的

26、磁場(chǎng)中，電流強(qiáng)度為I，薄板中單位體積內(nèi)自由電荷的數(shù)目為n,自由電荷的電量為-e，如果血上磁場(chǎng)與薄板前后表面垂直，則板的上下兩表面AA'間會(huì)出丄./現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)，AA'間的電勢(shì)差叫霍爾電勢(shì)差UH(或霍爾電壓)，(1) 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，AA'兩表面，哪一面電勢(shì)高？(2) 試說明霍爾電勢(shì)差UH與題述中的哪些物理量有關(guān)，并推證出關(guān)系式.22. 如圖所示，一塊長為a,厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流從左至右通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體的上側(cè)面A和下側(cè)面A'之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).已知導(dǎo)體板上下側(cè)面的電勢(shì)差U

27、,電流I和B的關(guān)系為：U=K，式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù).設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v,電荷量為e,導(dǎo)體板單位體積中的電子的個(gè)數(shù)為求：(1) 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上的側(cè)面A的電勢(shì)比側(cè)面A'的電勢(shì)高還是低？(2) 證明霍爾系數(shù)為K是一個(gè)與電流、磁場(chǎng)無關(guān)的常量.(3) 在一次實(shí)驗(yàn)中，一塊導(dǎo)體板寬d=2.0x10-2m、長a=4.0x10-2m、厚h=1.0x10-3m,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通有I=3.0A的電流，若產(chǎn)生產(chǎn)生1.0x10-5V的電壓.貝9導(dǎo)體板中單位體積內(nèi)的電子個(gè)數(shù)是多少？(e=1.6x10-19C)B答案和解析1.【答案】解：

28、(1) 電流的方向水平向右時(shí)，電子向左定向移動(dòng)，根據(jù)左手定則，電子向f面偏轉(zhuǎn)。f面得到電子帶負(fù)電，c面失去電子帶正電，所以C端的電勢(shì)高。(2) 電子收到的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡evB0=eE電場(chǎng)強(qiáng)度:：=.電流的微觀表達(dá)式I=nevLh可得；=n為材料本身特性，故:；-由表達(dá)式可知，霍爾靈敏度KH與元件厚度h成反比，h越小，KH值越大，所以霍爾元件一般都做得很薄。答：(1)圖中c端的電勢(shì)咼；、Lj(2) 可待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx和Bo之間的關(guān)系式：(3) 由表達(dá)式可知，匚.二，霍爾靈敏度KH與元件厚度h成反比，h越小，KH值越大，所以霍爾元件一般都做得很薄。【解析】(1)金屬導(dǎo)體中移動(dòng)的是自由

29、電子，當(dāng)電流的方向水平向右時(shí)，電子向左定向移動(dòng)，受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)電子偏轉(zhuǎn)到哪一表面判斷電勢(shì)的高低；(2) 當(dāng)電荷所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力處處相等時(shí)，E和UH達(dá)到穩(wěn)定值，根據(jù)電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，結(jié)合電流I=nevS，從而確定磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx和B。之間的關(guān)系式；(3) 由上分析，即可推導(dǎo)出UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間的關(guān)系。解決本題的關(guān)鍵知道金屬導(dǎo)體中移動(dòng)的是自由電子，根據(jù)左手定則判斷電子偏轉(zhuǎn)方向，從而得出表面電勢(shì)的高低。會(huì)根據(jù)荷所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力相等，推導(dǎo)出UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間的關(guān)系。2.【答案】A【解析】解：(1)導(dǎo)體的電子定向移動(dòng)形成電流，電子的運(yùn)

30、動(dòng)方向與電流方向相反,電流方向向右，則電子向左運(yùn)動(dòng)。由左手定則判斷，電子會(huì)偏向A端面，A板上出現(xiàn)等量的正電荷，電場(chǎng)線向上，所以下側(cè)面A'的電勢(shì)高于側(cè)面A的電勢(shì)。當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，則有:e.=evB，>.1解得：v=：,由電流微觀表達(dá)式得:I=nhdev解得：v=;又v=.-聯(lián)立得:B二；（2）設(shè)帶電離子所帶的電荷量為q,當(dāng)其所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，U0保持恒定，則有：qvOB=q，解得：U0=Bdv0開關(guān)閉合后，M、N兩板間的電壓為R兩端的電壓兩導(dǎo)體板間液體的電阻為：r=p.根據(jù)歐姆定律，則有：I='R兩端的電壓為：U=IR聯(lián)立得：U=-AB、當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)受

31、到洛倫茲力作用，正電荷向M板積累，負(fù)電荷向N積累，兩板間形成了由M到N的電場(chǎng)，因此電荷向兩極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力即為非靜電力,MN間的電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力是靜電力，正是非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,故A正確，B錯(cuò)誤；C、流體的動(dòng)能部分轉(zhuǎn)化為電能，故C錯(cuò)誤；D、為了維持流體勻速運(yùn)動(dòng)，管道兩端的壓強(qiáng)滿足PS=FA+f，其中FA為安培力，f為洛倫茲力，故發(fā)電機(jī)能量來源非靜電力做功，故D錯(cuò)誤；故選：AotJ,nUed答：（1）下側(cè)面A'.；。（2）BdV01-'；Ao（1）導(dǎo)體中電子受到磁場(chǎng)的洛倫茲力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A或A'聚焦了電子，產(chǎn)生電場(chǎng),兩側(cè)面間就有電勢(shì)差，由左手

32、定則可判定出電子的偏轉(zhuǎn)方向，從而判斷A或A'兩側(cè)的電荷聚集情況，聚集正電荷的一側(cè)電勢(shì)高； 當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，即可求出速度； 根據(jù)電流的微觀表達(dá)式，I=nvhde，即可求解。（2）根據(jù)洛倫茲力等于電場(chǎng)力，即可求解； 根據(jù)電阻定律，求得液體的電阻，再依據(jù)閉合電路歐姆定律，及U=IR,即可求解； 發(fā)電機(jī)能量來源非靜電力做功，體的動(dòng)能最終部分轉(zhuǎn)化為回路中的電能，安培力做負(fù)功。(1) 考查帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，掌握洛倫茲力與電場(chǎng)力的大小公式，及理解左手定則的應(yīng)用，注意電流的微觀表達(dá)式的內(nèi)容。(2) 考查帶電粒子受到洛倫茲力與電場(chǎng)力相平衡的應(yīng)用，掌握電阻定律與閉合電路歐姆定律表達(dá)式，注意

33、液體受到安培力做功，及非靜電力做功，與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。3. 【答案】解：(1)電流沿x軸正方向，知電子流動(dòng)的方向沿x軸負(fù)方向，根據(jù)左手定則，知電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn)，所以C側(cè)面得到電子帶負(fù)電，C側(cè)面失去電子帶正電.故C'面電勢(shì)較高.(2) 當(dāng)電子受力平衡時(shí)有：_=：.：.得U=vBb.電流的微觀表達(dá)式I=nevS=nevbd.所以v=.U=.：；、'，知兩個(gè)側(cè)面的電勢(shì)差與其中的電流成正比.(3) UCC'=./，則B=.：.，=故該元件所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為0.02T.【解析】(1)金屬導(dǎo)體中移動(dòng)的是自由電子，根據(jù)左手定則判定電子的偏轉(zhuǎn)方向，從而得出元件的CC兩個(gè)側(cè)面的

34、電勢(shì)的高低.(2) 最終電子在洛倫茲力和電場(chǎng)力的作用下處于平衡，根據(jù)平衡，結(jié)合電流的微觀表達(dá)式，證明出兩個(gè)側(cè)面的電勢(shì)差與其中的電流成正比.(3) 根據(jù)證明出的電勢(shì)差和電流的關(guān)系求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.解決本題的關(guān)鍵掌握左手定則判定洛倫茲力的方向，以及知道最終電子受電場(chǎng)力和洛倫茲力處于平衡.or4. 【答案】下表面【解析】解：電子定向移動(dòng)的方向沿x軸負(fù)向，所以電子向上表面偏轉(zhuǎn)，則上表面帶負(fù)電，下表面失去電子帶正電，下表面的電勢(shì)較高，當(dāng)金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)時(shí)受洛倫茲力作用向上表面偏轉(zhuǎn),使得上下兩面間產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)電子所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，上下表面間產(chǎn)生恒定的電勢(shì)差因而可得=Bev，根據(jù)

35、電量表達(dá)式，q=n(cbvt)e；且I=.'=nevcb；現(xiàn)解得：uh=；、BI故答案為：下表面，.電子定向移動(dòng)形成電流，根據(jù)電流的方向得出電子定向移動(dòng)的方向，根據(jù)左手定則，判斷出電子的偏轉(zhuǎn)方向，在上下兩面間形成電勢(shì)差，最終電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下平衡，根據(jù)平衡求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.解決本題的關(guān)鍵會(huì)利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，以及知道穩(wěn)定時(shí)電荷所受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡.5. 【答案】解：(1)根據(jù)左手定則可知，正離子向上偏，負(fù)離子向下偏，所以發(fā)電機(jī)上導(dǎo)體電極為正極、下導(dǎo)體電極為負(fù)極。電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=BavEBov(2)外電路閉合后：；=|二發(fā)電通道內(nèi)電離氣體的等效電阻為等離

36、子電離氣體等效電流受到的安培力為：F=BIa等離子電離氣體水平方向由平衡條件得：abp-BIa=0聯(lián)立解得：，=,_（3）當(dāng)所有進(jìn)入發(fā)電機(jī)的等離子全都偏轉(zhuǎn)到導(dǎo)體電極上形成電流時(shí)，電流達(dá)到最大值Im，聯(lián)立解得：,=：!.答：（1）發(fā)電機(jī)上導(dǎo)體電極為正極、下導(dǎo)體電極為負(fù)極。電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=Bav；（2）發(fā)電通道兩端的壓強(qiáng)差A(yù)P為.；B打（3）R0為.：,.，Im為nqabw【解析】由題，運(yùn)動(dòng)的電離氣體，受到磁場(chǎng)的作用，將產(chǎn)生大小不變的電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，E=Blv，外電路閉合后，根據(jù)歐姆定律、電阻定律結(jié)合平衡條件即可求解壓強(qiáng)差,當(dāng)所有進(jìn)入發(fā)電機(jī)的等離子全都偏轉(zhuǎn)到導(dǎo)體電極上形成電流時(shí)，電流達(dá)到最大值

37、Im，根Q據(jù)/=.求解最大電流，根據(jù)歐姆定律求解R0。要注意電阻定律中導(dǎo)體的長度是導(dǎo)體順著電流方向的長度，圖中內(nèi)電路是導(dǎo)體長度是d容易搞錯(cuò)。6. 【答案】解：（1）由場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差關(guān)系知UH=EHl導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的電子定向移動(dòng)形成電流，電流方向向右，實(shí)際是電子向左運(yùn)動(dòng)。由左手定則判斷，電子會(huì)偏向f端面，使其電勢(shì)低，同時(shí)相對(duì)的c端電勢(shì)高。（2）由Uh=Rh得:Rh=Uh-=Eh1-當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力相等時(shí)有：eEH=evB得：EH=vB又I=nevS如nzrfidi得:RH=vBl：=vl.，：.：，；：=。答：（1）設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度（C、f間距）為l,寫出UH和Eh的關(guān)系式為UH=EHl；若半

38、導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，c端的電勢(shì)高。（2）已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n,電子的電荷量為e,霍爾系數(shù)rh的表達(dá)式為rh=?！窘馕觥浚?）由左手定則可判斷出電子的運(yùn)動(dòng)方向，從而判斷和C兩側(cè)的電荷聚集情況，聚集正電荷的一側(cè)電勢(shì)高。（2）根據(jù)題中所給的霍爾電勢(shì)差和霍爾系數(shù)的關(guān)系，結(jié)合電場(chǎng)力與洛倫茲力的平衡，可求出霍爾系數(shù)的表達(dá)式。所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象?；魻栃?yīng)在新課標(biāo)教材中作為課題研究材料，解答此題所需的知識(shí)都是考生應(yīng)該掌握的。對(duì)于開放性物理試題，要有較強(qiáng)的閱讀能力和獲取信息能力。7. 【答案】解：（1）由左手判定電子受力

39、偏向D2邊，所以D邊電勢(shì)高；（2）當(dāng)電壓為U0時(shí)，電子不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故電場(chǎng)力等于洛倫茲力：Iff由電流I=nevbd得：一，將代入得：匚=.-（3）圖像結(jié)合輕桿運(yùn)動(dòng)可知，0%內(nèi)，輕桿向一側(cè)運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)又返回至原點(diǎn)，則輕桿的運(yùn)動(dòng)周期為T=2t0所以頻率為：-一-當(dāng)桿運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，電壓最小，為U,此時(shí)：一冋設(shè)壓力波振幅為A,有:冷=.-I宀:小解得：=【解析】本題主要霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)，結(jié)合題意以及圖像進(jìn)行解答，關(guān)鍵是理解題意結(jié)合題意給的物理關(guān)系進(jìn)行求解。（1）電流方向?yàn)镃1C2，則電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)镃2C，由左手定則可判定電子偏向D2邊，所以D1邊電勢(shì)高；（2）當(dāng)電壓為U0時(shí)，電子不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)電

40、場(chǎng)力等于洛倫茲力結(jié)合電流的表達(dá)式可得出U0與I、B0之間的關(guān)系式；（3）圖像結(jié)合輕桿運(yùn)動(dòng)可知，0%內(nèi)，輕桿向一側(cè)運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)又返回至原點(diǎn)，則輕桿的運(yùn)動(dòng)周期為T=2t0，頻率為周期的倒數(shù)，當(dāng)桿運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，電壓最小，結(jié)合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=B0（1-卩|xl）,卩0進(jìn)行解答。8. 【答案】【解答】（1）水能導(dǎo)電，相當(dāng)于導(dǎo)體，水流動(dòng)的時(shí)候切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該發(fā)電裝置產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)：E=Bdv；（2）兩金屬板間水的電阻：r=p.，由閉合電路的歐姆定律可得，電流：/=：.=,.冷；=,：.'I'.；（3）在t時(shí)間內(nèi)，R上產(chǎn)生的電功率：p=/2R=（.）2R；答：（1）由法拉第電

41、磁感應(yīng)定律，該發(fā)電裝置的電動(dòng)勢(shì)E=Bdv；BdvS（2）通過電阻R的電流強(qiáng)度，；（3）電阻R消耗的電功率（，.）2R?！窘馕觥俊痉治觥?1) 由E=BLv可以求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(2) 由電阻定律求出水的電阻，由閉合電路的歐姆定律求出電流大?。?3) 由電功率公式求出電阻上電功率。本題考查了求電動(dòng)勢(shì)、電流、焦耳熱等問題，應(yīng)用E=BLv、電阻定律、歐姆定律、右手定則、焦耳定律即可正確解題，掌握基礎(chǔ)知識(shí)是正確解題的關(guān)鍵。9. 【答案】解：(1)當(dāng)外電路斷開時(shí)，極板間的電壓大小等于電動(dòng)勢(shì)。此時(shí)，發(fā)電通道內(nèi)電荷量為q的離子受力平衡。有可得：E=Bav(2) a.當(dāng)電鍵閉合，由歐姆定律可得：=該電流在發(fā)電通

42、道內(nèi)受到的安培力大小為：FA=BIa要使等離子體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所需的推力為：ft=fa推力F的功率為：PT=FTv聯(lián)立可得閉合電路中發(fā)電機(jī)的總功率為：PD=IE聯(lián)立可得：-：由可得：PT=PD可見，推力的功率PT就等于該發(fā)電機(jī)的總功率PD。b：設(shè)金屬導(dǎo)體R內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的平均速率為V,單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n，t時(shí)間內(nèi)有n個(gè)電子通過電阻的橫截面，貝y：N=vtsnt時(shí)間內(nèi)通過橫截面的電荷量為：Q=Ne電流為：=聯(lián)立式可得：:丄=.：.二:訂設(shè)金屬導(dǎo)體中的總電子數(shù)為N，長度為d由于電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)可視為勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以電場(chǎng)力的功率(電功率)應(yīng)該等于所有電子克服阻力f做功的功率，即：14/2R=N/

43、V15N=dsn由電阻定律得：聯(lián)立式可得：.-二-.答：(1)求該磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)大小Bav；(2)a.證明如上所述；b金屬導(dǎo)體中每個(gè)電子所受平均阻力的大小片:'【解析】(1)等離子體受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)正電荷的偏轉(zhuǎn)方向確定直流電源的正極。最終電荷在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下處于平衡，根據(jù)平衡求出電源的電動(dòng)勢(shì);(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律計(jì)算電流大小，得出安培力大小，再由功率表達(dá)式，從而即可證明；依據(jù)電流的定義式，與電阻定律，即可求解。解決本題的關(guān)鍵掌握左手定則判斷洛倫茲力的方向，以及會(huì)根據(jù)電荷的平衡求出電動(dòng)勢(shì)的大小，即極板間的電勢(shì)差；并掌握電阻定律與電流的定義式的內(nèi)容。第二問：(

44、另一解法)設(shè)金屬導(dǎo)體的長度為d電阻為R,由電阻定律得：金屬導(dǎo)體兩端的電壓為：ur=ir金屬導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)，設(shè)場(chǎng)強(qiáng)大小為E0,貝y：UR=E0d電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)勻速直線運(yùn)動(dòng)，阻力等于電場(chǎng)力，貝y：f=eE0聯(lián)立式可得10. 【答案】解：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E大小為d=Bdv(1) 導(dǎo)電流體的運(yùn)動(dòng)可以等效為長度為d、電阻為r的導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，其電阻r=匚根據(jù)閉合電路歐姆定律，通過負(fù)載電阻R的電流為那么，負(fù)載電阻R得到的電壓為='=pd)E,Biv(2) 磁流體發(fā)電機(jī)給電容器提供的電場(chǎng)強(qiáng)度E2=帶電體得到的電場(chǎng)力F=qE2="設(shè)擺線長為l

45、,小球從豎直位置向上擺動(dòng)的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理，有:FlsinO-mgl(1-cosO)=0-0聯(lián)立解得：s=:,答:(1)當(dāng)開關(guān)K撥在1時(shí)，負(fù)載電阻得到的電壓L=(2)電容器極板之間的距離S=【解析】(1)導(dǎo)電流體的運(yùn)動(dòng)可以等效為長度為d、電阻為r的導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)求出切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)閉合電路歐姆定律求出感應(yīng)電流的大小，從而求出負(fù)載電阻的電壓.(2)根據(jù)動(dòng)能定理求出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，結(jié)合電動(dòng)勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度求出電容器極板之間的距離.本題突出對(duì)學(xué)生科學(xué)方法運(yùn)用的考查，既考查學(xué)生類比方法(類比導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)動(dòng)勢(shì)的方法求磁流體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))、又考查分析與綜合的方

46、法(將復(fù)雜的問題分解成若干簡單問題并找出其聯(lián)系，層層推進(jìn)確定最終的結(jié)果).11. 【答案】解：等離子體通過管道時(shí)，在洛倫茲力作用下，正負(fù)離子分別偏向右、左兩壁，由此產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等效于金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，其值為E=Bav且與導(dǎo)線構(gòu)成回路，令氣流進(jìn)出管時(shí)的壓強(qiáng)分別為P、p2,則氣流進(jìn)出管時(shí)壓力做功的功率分別為P1Sv和p2Sv，其功率損失為p1Sv-p2Sv=pSv由能量守恒，此損失的功率完全轉(zhuǎn)化為回路的電功率，即0伽討PSv=-=p(/>a4Lftr)將S=ha,R=p+r代入上式中得v=Ap(pa+Lhr)答：等離子體的速率是.?！窘馕觥康入x子體通過管道，受到洛倫茲力作用，向左

47、右壁偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電勢(shì)差；運(yùn)動(dòng)的電離氣體，受到磁場(chǎng)的作用，將產(chǎn)生大小不變的電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，E=Blv，外電路閉合后，根據(jù)歐姆定律、電阻定律進(jìn)行求解。本題考查了解決本題的關(guān)鍵掌握左手定則判斷洛倫茲力的方向，以及知道最終電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下平衡。12. 【答案】解：(1)電子定向移動(dòng)的方向沿x軸負(fù)向，所以電子向前表面偏轉(zhuǎn)，則前表面帶負(fù)電，后表面失去電子帶正電，后側(cè)面的電勢(shì)較高.(2)當(dāng)金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)時(shí)受洛倫茲力作用向前側(cè)面偏轉(zhuǎn)，使得前后兩側(cè)面間產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)電子所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，前后兩側(cè)面間產(chǎn)生恒定的電勢(shì)差.因而可得亍m；q=n(abvt)e1=1=nevs由以上幾

48、式解得磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度亍二答：(1)后側(cè)面的電勢(shì)較高.(2)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為打=【解析】電子定向移動(dòng)形成電流，根據(jù)電流的方向得出電子定向移動(dòng)的方向，根據(jù)左手定則，判斷出電子的偏轉(zhuǎn)方向，在前后兩側(cè)面間形成電勢(shì)差，最終電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下平衡，根據(jù)平衡求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.解決本題的關(guān)鍵會(huì)利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，以及知道穩(wěn)定時(shí)電荷所受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡.13. 【答案】M1.5JUi1丄11f-/T'.-"8.-7>【解析】解：(1)根據(jù)左手定則得，正電荷向M端偏轉(zhuǎn)，所以應(yīng)將電壓表的“+”接線柱與M端通過導(dǎo)線相連(2)UH-I圖線如圖所示.根據(jù)

49、UH=k知，圖線的斜率為=0.375,解得霍爾系數(shù)k=1.5x10-3VmA-1T-1.故答案為：(1)M；(2)1.5.(1)根據(jù)左手定則判斷出正電荷所受洛倫茲力的方向，從而確定出偏轉(zhuǎn)的俄方向，得出電勢(shì)的高低.(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)作出UH-I圖線，根據(jù)圖線的斜率，結(jié)合表達(dá)式求出霍爾系數(shù).解決本題的關(guān)鍵知道霍爾效應(yīng)的原理，并能靈活運(yùn)用.掌握?qǐng)D象的應(yīng)用.14. 【答案】解：(1)設(shè)單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,自由電子定向移動(dòng)的速率為v；則有：I=nehlv；當(dāng)形成恒定電流時(shí)，自由電子所受電場(chǎng)力與洛侖茲力相等，因此有：=；解得：；=:;即：導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個(gè)數(shù)為;；（2）應(yīng)調(diào)整探桿的放

50、置方位（或調(diào)整探頭的方位），使霍爾電勢(shì)差達(dá)到最大（或使探桿與磁場(chǎng)方向平行；探頭的正對(duì)橫截面與磁場(chǎng)方向垂直；abba面與磁場(chǎng)方向垂直）；設(shè)探頭中的載流子所帶電荷量為q,根據(jù)上述分析可知，探頭處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，當(dāng)通有恒定電流I,產(chǎn)生最大穩(wěn)定霍爾電壓UH時(shí)，有：！廠：=；又因I=nqhlv和=:;聯(lián)立可解得：；所以，還需要知道探頭沿磁場(chǎng)方向的寬度1；即：還需要知道探頭沿磁場(chǎng)方向的寬度1?！窘馕觥勘绢}考查了霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用；解決本題的關(guān)鍵掌握電流的微觀表達(dá)式，以及知道穩(wěn)定時(shí)電子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡。（1）根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I=nevS，結(jié)合穩(wěn)定時(shí)電子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡求出導(dǎo)體

51、中單位體積內(nèi)自由電子的個(gè)數(shù)；（2）使探桿與磁場(chǎng)方向平行；探頭的正對(duì)橫截面與磁場(chǎng)方向垂直，此時(shí)形成的霍爾電勢(shì)差最大.根據(jù)電流的微觀表達(dá)式，抓住電子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，結(jié)合霍爾系數(shù)求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式，通過表達(dá)式得出需要測(cè)量的物理量。15. 【答案】解：（1）根據(jù)左手定則知，方向垂直BI平面向里。（2）液態(tài)鈉在在磁場(chǎng)中受到安培力F=BIa安培力作用的面積為S=abpSiP=s=T(3)由I=.Q=nqbLa因?yàn)閍=V0to代入解得I=nqbLv0I答：（1）液態(tài)鈉受磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力的方向垂直BI平面向里。D-J(2) 導(dǎo)管橫截面上由磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力所形成的附加壓強(qiáng)p與上述各量的關(guān)系式為=。(3) 在橫

52、穿液態(tài)鈉的電流I的電流方向上參與導(dǎo)電的自由電荷定向移動(dòng)的平均速率I【解析】(1)根據(jù)左手定則判斷出磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力的方向。(2) 液態(tài)鈉不流動(dòng)的條件下，安培力F=PS，根據(jù)平衡求出壓強(qiáng)的表達(dá)式。(3) 根據(jù)電流的定義式，通過Q=nqbLa求出在橫穿液態(tài)鈉的電流I的電流方向上參與導(dǎo)電的自由電荷定向移動(dòng)的平均速率。解決本題的關(guān)鍵掌握左手定則判斷安培力的方向，知道液態(tài)鈉不流動(dòng)是所受的安培力與壓力差相等。16. 【答案】A【解析】解：(1)設(shè)帶電離子所帶的電荷量為q,當(dāng)其所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，u保持恒定，%則有：C=1'，解得：U0=Bdv0(2) 開關(guān)閉合后，M、N兩板間的電壓為R兩端的電

53、壓兩導(dǎo)體板間液體的電阻為：七根據(jù)歐姆定律，則有：=R兩端的電壓為U=IR聯(lián)立得：；y-R+噸(3) AB、當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)受到洛倫茲力作用，正電荷向M板積累，負(fù)電荷向N積累，兩板間形成了由M到N的電場(chǎng)，因此電荷向兩極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力即為非靜電力，MN間的電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力是靜電力，正是非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故A正確，B錯(cuò)誤；C、流體的動(dòng)能部分轉(zhuǎn)化為電能，故C錯(cuò)誤；D、為了維持流體勻速運(yùn)動(dòng)，管道兩端的壓強(qiáng)滿足PS=FA+f，其中FA為安培力，f為洛倫茲力，故發(fā)電機(jī)能量來源非靜電力做功，故D錯(cuò)誤；故選：A。故答案為：(1)BdV0；(2)'；(3)A。(1) 根據(jù)洛倫茲

54、力等于電場(chǎng)力，即可求解；(2) 根據(jù)電阻定律，求得液體的電阻，再依據(jù)閉合電路歐姆定律，及U=IR，即可求解；(3) 發(fā)電機(jī)能量來源非靜電力做功，體的動(dòng)能最終部分轉(zhuǎn)化為回路中的電能，安培力做負(fù)功?？疾閹щ娏Ｗ邮艿铰鍌惼澚εc電場(chǎng)力相平衡的應(yīng)用，掌握電阻定律與閉合電路歐姆定律表達(dá)式，注意液體受到安培力做功，及非靜電力做功，與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。17. 【答案】低于；eBv；e'【解析】解：(1)導(dǎo)體的電子定向移動(dòng)形成電流，電子的運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反，電流方向向右，則電子向左運(yùn)動(dòng).由左手定則判斷，電子會(huì)偏向A端面，A'板上出現(xiàn)等量的正電荷，電場(chǎng)線向上，所以側(cè)面A的電勢(shì)低于下側(cè)面A'

55、;的電勢(shì).(2) 電子所受的洛倫茲力的大小為：F=eBv.洛(3) 電子所受靜電力的大小為：Fts=eE=e靜(4) 當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，則有：e=evB得：U=hvB導(dǎo)體中通過的電流為：I=nevdh,IB由U=keIBTifflrfrtP得：hvB=k=k聯(lián)立得：k=故答案為：(1)低于；(2)eBv；(3)e；(4)證明如上所述.(1) 導(dǎo)體中電子受到磁場(chǎng)的洛倫茲力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A或A'聚焦了電子，產(chǎn)生電場(chǎng)，兩側(cè)面間就有電勢(shì)差.由左手定則可判斷出電子的偏轉(zhuǎn)方向，從而判斷A和A'兩側(cè)的電荷聚集情況，聚集正電荷的一側(cè)電勢(shì)高.(2) 電子所受的洛倫茲力的大小為F=eBv.(3) 電子所受靜電力的大小為F=eE，E由E=求出.(4) 根據(jù)題中所給的霍爾電勢(shì)差和霍爾系數(shù)的關(guān)系，結(jié)合電場(chǎng)力與洛倫茲力的平衡，可求出霍爾系數(shù)的表達(dá)式.所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象.霍爾效應(yīng)在新課標(biāo)教材中作為課題研究材料，解答此題所需的知識(shí)都是考生應(yīng)該掌握的.對(duì)于開放性物理試題，要有較強(qiáng)的閱讀能力和獲取信息能力18【答案】解：因?yàn)樽杂呻姾蔀殡娮?，故由左手定則可判斷電子向上偏，貝比表面聚