《霍尔效应的原理》霍尔效应的原理 - 人教版高考物理复习物理知识点练习 - 读趣百科

《霍尔效应的原理》霍尔效应的原理

1单选题

当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应，这个电势差也被叫做霍尔电压．科学技术中常常利用霍尔效应测定磁场的磁感应强度．如图所示为一金属导体，规格已在图中标出，若已知通过导体的电流为I，电压表示数为U，电子的电荷量为e，则被测匀强磁场(磁场方向垂直于前后表面)的磁感应强度大小为(已知电流的微观表达式为I=nsvq，其中n为导单位体积内的自由电荷数，s为导体的截面积，v为电荷定向移动的速率，q为电荷的带电量)(　　)

A
$\frac {I}{neaU}$
B
$\frac {I}{nebU}$
C
$\frac {neaU}{I}$
D
$\frac {nebU}{I}$

题目答案

D

答案解析

分析：

定向移动的电子受到洛伦兹力发生偏转，在前后表面间形成电势差，电子到达的表面带负电，电势较低．最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，根据平衡求出单位体积内的自由电子数．

解答：

解：由图，磁场方向向下，电子向左移动，根据左手定则，电子向上表面偏转．

根据电场力与洛伦兹力平衡，即e$\frac {U}{a}$=evB，

且电流微观表达式，I=neSv=neabv，得：v=$\frac {I}{neab}$；

因此B=$\frac {nebU}{I}$，故D正确，ABC错误．

故选：D．

点评：

解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡．

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2单选题

2013年4月10日清华大学和中国科学院物理研究所在京联合宣布：清华大学物理系和中科院物理研究所联合组成的实验团队最近取得重大科研突破，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应．当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应．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U_CD．下列说法中正确的是(　　)

A
仅增大磁感应强度时，电势差U_CD变大
B
若霍尔元件的载流子(即定向移动的电荷)是自由电子，则电势差U_CD＞0
C
电势差U_CD仅与材料有关
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

题目答案

A

答案解析

分析：

在霍尔元件中，移动的是自由电子，根据左手定则判断出电子所受洛伦兹力方向，从而知道两侧面所带电荷的电性，即可知道C、D两侧面会形成电势差U_CD的正负．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，根据平衡推导出电势差U_CD与什么因素有关．

解答：

解：A、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U_CD＜0．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$\frac {U}{b}$=qvB，I=nqvS=nqvbc，则U=$\frac {BI}{nqc}$．故A正确，B、C错误．

D、在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过．故D错误．

故选：A．

点评：

解决本题的关键知道霍尔元件中移动的是自由电子，以及自由电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡．

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3单选题

长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图所示．则下面说法中正确是(　　)

A
金属块上、下表面电势相等
B
金属块上表面电势高于下表面电势
C
金属块上表面电势低于下表面电势
D
无法比较上、下表面的电势高低

题目答案

C

答案解析

分析：

金属块中移动的是自由电子，电流水平向右，知电子向左运动，根据左手定则判断洛伦兹力的方向，从而得知电子的偏转方向，最终比较出上下表面电势的高低．

解答：

解：电子从右向左运动，根据左手定则，电子向上偏转，上表面得到电子带负电，下表面失去电子带正电，所以上表面的电势低于下表面的电势．故C正确，A、B、D错误．

故选C．

点评：

解决本题的关键知道金属中移动的是自由电子，以及掌握左手定则判断洛伦兹力的方向．

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4多选题

(多选)长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图所示，则下面关于金属块上下表面电势高低的说法中，正确的是(　　)

A
金属块上表面聚集负电荷，下表面聚集正电荷
B
金属块上表面电势高于下表面电势
C
金属块上表面电势低于下表面电势
D
无法比较上、下表面的电势高低

题目答案

AC

答案解析

分析：

金属块中移动的是自由电子，电流水平向右，知电子向左运动，根据左手定则判断洛伦兹力的方向，从而得知电子的偏转方向，最终比较出上下表面电势的高低．

解答：

解：电子从右向左运动，根据左手定则，电子向上偏转，上表面得到电子带负电，下表面失去电子带正电，所以上表面的电势低于下表面的电势．故AC正确，B、D错误．

故选：AC．

点评：

解决本题的关键知道金属中移动的是自由电子，以及掌握左手定则判断洛伦兹力的方向．

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5多选题

(多选)在匀强磁场中放置一矩形的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应．如图所示为一竖直放置的金属导体，通有水平向右的电流，加水平向里的磁场，下列说法正确的是(　　)

A
导体a侧的电势高于b侧的电势
B
导体a侧的电势低于b侧的电势
C
若磁场增强a、b间的电势差不变
D
若磁场增强a、b间的电势差会增大

题目答案

BD

答案解析

分析：

金属导体中移动的是自由电子，根据左手定则判断洛伦兹力的方向，从而得出电子的偏转方向，比较出电势的高低．最终电子受洛伦兹力和电场力平衡，根据平衡得出电势差的大小表达式．从而判断电势差与什么因素有关．

解答：

解：AB、导体中流动的自由电子，根据左手定则，电子向a侧偏转，b侧失去电子带正电，所以a侧的电势低于b侧的电势．故A错误，B正确．

CD、因为电子最终受 电场力和洛伦兹力平衡，有：e$\frac {U}{d}$=evB，解得U=vBd，知磁场增强，则a、b间的电势差增大．故C错误，D正确．

故选：BD．

点评：

所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体时，产生横向电位差的物理现象．霍尔效应在新课标教材中作为课题研究材料，解答此题所需的知识都是考生应该掌握的．对于开放性物理试题，要有较强的阅读能力和获取信息能力

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6多选题

(多选)如图所示．将截面厚度为h、宽度为d的通电金属导体放入磁场，当磁场方向与电流方向垂直时．在导体上下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．下列说法正确的是(　　)

A
上表面的电势高于下表面的电势
B
电流一定时，仅增大h时，上下表面的电势差增大
C
电流一定时，仅增大d时，上下表面的电势差减小
D
仅增大电流I时，上下表面的电势差增大

题目答案

CD

答案解析

分析：

金属导体中移动的是自由电子，根据左手定则判断洛伦兹力的方向，从而得出电子的偏转方向，比较出电势的高低．最终电子受洛伦兹力和电场力平衡，根据平衡得出电势差的大小表达式进行讨论．

解答：

解：A、根据左手定则，知自由电子向上偏转，则上表面带负电，下表面带正电，下表面的电势高于上表面．故A错误；

B、根据evB=e$\frac {U}{h}$，解得U=vBh，根据电流的微观表达式I=neSv，故U=$\frac {I}{nes}$Bh=$\frac {IB}{ned}$，知增大h，上下表面的电势差不变，与h无关．故B错误；

C、根据evB=e$\frac {U}{h}$，解得U=vBh，根据电流的微观表达式I=neSv，故U=$\frac {I}{nes}$Bh=$\frac {IB}{ned}$，知仅增大d时，上下表面的电势差减小，故C正确；

D、根据evB=e$\frac {U}{h}$，解得U=vBh；根据电流的微观表达式I=neSv，电流越大，电子的速度越大，故上下表面的电势差越大，故D正确；

故选：CD．

点评：

所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体时，产生横向电位差的物理现象．霍尔效应在新课标教材中作为课题研究材料，解答此题所需的知识都是考生应该掌握的．对于开放性物理试题，要有较强的阅读能力和获取信息能力．

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7多选题

(多选)导体导电是导体中自由电荷定向移动的结果，这些可以定向移动的电荷又叫载流子，例如金属导体中的载流子就是电子．现代广泛应用的半导体材料分为两大类：一类是N型半导体，其载流子是电子，另一类是P型半导体，其载流子称为“空穴”，相当于带正电的粒子．如果把某种导电材料制成长方体放在匀强磁场中，磁场方向如图所示，且与长方体的前后侧面垂直，当长方体中通有向右的电流I时，测得长方体的上下表面的电势分别为φ_上和φ_下，则(　　)

A
长方体如果是N型半导体，必有φ_上＞φ_下
B
长方体如果是P型半导体，必有φ_上＞φ_下
C
长方体如果是P型半导体，必有φ_上＜φ_下
D
长方体如果是金属导体，必有φ_上＜φ_下

题目答案

AC

答案解析

分析：

如果是P型半导体，载流子是正电荷，如果是N型半导体，载流子为电子．抓住电荷在洛伦兹力作用下发生偏转，在上下表面产生电势差，从而确定电势的高低．

解答：

解：A、如果是N型半导体，载流子是负电荷，根据左手定则，负电荷向下偏，则下表面带负电，则φ_上＞φ_下．故A正确．

B、如果是P型半导体，载流子是正电荷，根据左手定则，正电荷向下偏，则下表面带正电，则φ_上＜φ_下．故B错误，C正确．

D、如果是金属导体，则移动的自由电子，根据左手定则，负电荷向下偏，则下表面带负电，则φ_上＞φ_下．故D错误．

故选：AC．

点评：

解决本题的关键理清是什么电荷移动，运用左手定则判断出电荷的偏转方向，从而确定电势的高低．

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