2020届高考物理计算题复习《霍尔效应》(解析版)

1、霍尔效应、计算题1. 将一金属或半导体薄片垂直置于磁场中，并沿垂直磁场方向通入电流，则在导体中垂直于电流和磁场方向会产生一个电势差，这一现象称为霍尔效应，此电势差称为霍尔电势差.(1) 某长方体薄片霍尔元件，其中导电的是自由电子，薄片处在与其上表面垂直的匀强磁场中，在薄片的两个侧面a、b间通以如图所示的电流时，另外两侧面c、d间产生霍尔电势差UH，请判断图中c、d哪端的电势高(2) 可以将(1)中的材料制成厚度为h宽度为L的微小探头，测量磁感应强度,将探头放入磁感应强度为B0的匀强磁场中，a、b间通以大小为I的电流，测出霍尔电势差，再将探头放入待测磁场中，保持I不变，测出霍尔电势差UH，利用上

2、述条件，求：此霍尔元件单位体积内自由电子的个数n(已知电子电荷量为e)；待测磁场的磁感应强度Bx和B0之间的关系式(3) 对于特定的半导体材料，其单位体积内的载流子数目n和载流子所带电荷量q均为定值.在具体应用中，有Uh=KhIB,式中的Kh称为霍尔元件灵敏度，一般要求K”越大越好，试通过计算说明为什么霍尔元件一般都做得很薄.2. (1)如图1所示，厚度为h,宽度为d的导体板放在匀强磁场中，磁场方向垂直于板的两个侧面向里，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。霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体

3、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仑兹力方向相反的电场力，当电场力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。VS和囹2 达到稳定时，导体板上下侧面的电势哪个高？ 若测得上侧面A和下侧面A'之间的电压为U1，磁感应强度为B,求此时电子做匀速直线运动的速度为多少？ 由于电流和电压很容易测量，因此霍尔效应经常被用于检测磁感应强度的大小。若已知该导体内部单位体积内自由电子数为，电子电量为e,测得通过电流为I时，导体板上下侧面的电压为U求此时磁感应强度B的大小。(2)磁流体发电的原理与霍尔效应非常类似。如图2所示，磁流体发电装置的发电管是横

4、截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽为、高为，上下两面是绝缘板。前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B、方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为p0的导电液体(有大量的正、负离子)，且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率沿x轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变。 求开关闭合前，M、N两板间的电势差大小U0； 求开关闭合后，M、N两板间的电势差大小U 关于该装置内部能量转化和各力做功，下列说法中正确的A. 该发电机内部由于电荷随导电液体沿x轴方向运动，因此产生了垂直于x轴方向的洛伦兹力分量。这

5、个力使电荷向侧面两板聚集，克服静电力做功，形成电动势，是电源内部的非静电力B. 闭合开关后，由于导电液体内部产生了从M到N的电流，因此导电液体受到安培力的作用，安培力对流体做正功C. 虽然洛伦兹力不做功，但它的一个分量对电荷做正功，另一个分量对电荷做负功，以这两个分量为媒介，流体的动能最终转化为回路中的电能D. 为了维持流体匀速运动，管道两端压强差产生的压力克服摩擦阻力和安培力做功，是整个发电机能量的来源。3. 一块N型半导体薄片(称霍尔元件)，其横载面为矩形，体积为bxcxd,如图所示.已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为p、电子电荷量e.将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿Z轴方向，并通有

6、沿x轴方向的电流I.(1) 此元件的CC两个侧面中，哪个面电势高？(2) 试证明在磁感应强度一定时，此元件的CC两个侧面的电势差与其中的电流成正比(3) 磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器.其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通以电流/,用毫伏表测量c、c,间的电压uCCi,就可测得B.若已知其霍尔系数1='厂并测得UCC,=0.6mV,I=3mA.试求该元件所在处的磁感应强度B的大小.4. 如图所示为一块长为a宽为b厚为c的金属霍尔元件放在直角坐标系中，电流为I，方向沿x轴正方向，强度为B的匀强磁场沿y轴正方向，单位体积内自由电子数为n自由电子的电量为e,与z

7、轴垂直的两个侧面有稳定的霍尔电压.则电势高(填“上表面”或“下表面”)，霍尔电压UH=.5. 如图是磁流体发电工作原理示意图。发电通道是个长方体，其中空部分的长、高、宽分别为1、a、b前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻R相连。发电通道处于匀强磁场里，磁感应强度为B,方向如图。发电通道内有电阻率为P电荷量为q的高温等离子电离气体沿导管高速向右流动，运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电通道两端必须保持一定压强差，使得电离气体以不变的流速v通过发电通道。不计电离气体所受的摩擦阻力。根据提供的信息完成下列问题：(1) 判断发电机导体电极的正负极，求发

8、电机的电动势E；(2) 发电通道两端的压强差?；(3) 若负载电阻R阻值可以改变，当R减小时，电路中的电流会增大；但当R减小到R0时，电流达到最大值（饱和值）匚；当R继续减小时，电流就不再增大，而保持不变。设变化过程中，发电通道内电离气体的电阻率保持不变。求R0和Imo6. 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用屯厶二7于测量和自动控制等领域。如图，将一金属或半导体r严薄片垂直置于磁场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、间建立起电场EH，同时产生霍尔

9、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1,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）7. 压力波测量仪可将待测压力波转换成电压信号，其原理如图1所示,压力波p（t）进入弹性盒后，通过与铰链O相连的“T”形轻杆

10、L,驱动杆端头A处的微型霍尔片在磁场中沿x轴方向做微小振动,其位移x与压力p成正比（x=ap,a0）。霍尔片的放大图如图2所示,它由长x宽乂厚=axbxd单位体积内自由电子数为n的N型半导体制成。磁场方向垂直于x轴向上，磁感应强度大小为B=B0（1-卩|x|）,卩0。无压力波输入时，霍尔片静止在x=0处,此时给霍尔片通以沿C2方向的电流I,则在侧面上DD2两点间产生霍尔电压u0。(1) 指出D、D2两点哪点电势高；(2) 推导出U0与I、B0之间的关系式(提示:电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为I=nevbd,其中e为电子电荷量)；(3) 弹性盒中输入压力波p(t)，霍尔片中通以相同电流

11、,测得霍尔电压UH随时间t变化图像如图3。忽略霍尔片在磁场中运动产生的电动势和阻尼,求压力波的振幅和频率。(结果用U0、U、t0、a及卩表示)8. 法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究.实验装置的示意图如图，两块面积均为S的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d.水流速度处处相同，大小为u方向水平.金属板与水流方向平行.地磁场磁感应强度的竖直分量为B,水的电阻率为P，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和开关S连接到两金属板上，忽略边缘效应，求：金属板.(1) 该发电装置的电动势；(2) 通过电阻R的电流强度;(3) 电阻R消耗的电功率.9. 磁流体发电具有结

12、构简单、启动快捷、环保且无需转动机械等优势。如图所示，是正处于研究阶段的磁流体发电机的简易模型图，其发电通道是一个长方体空腔，长、高、宽分别为1、a、b前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，这两个电极通过开关与阻值为R的某种金属直导体MN连成闭合电路，整个发电通道处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B方向垂直纸面向里。高温等离子体以不变的速率v水平向右喷入发电通道内，发电机的等效内阻为r,忽略等离子体的重力、相互作用力及其他因素。（1）求该磁流体发电机的电动势大小E；（2）当开关闭合后，整个闭合电路中就会产生恒定的电流。a.要使等离子体以不变的速率v通过发电通道，必须有推动等

13、离子体在发电通道内前进的作用力。如果不计其它损耗，这个推力的功率戶丁就应该等于该发电机的总功率PD，请你证明这个结论；b若以该金属直导体MN为研究对象，由于电场的作用，金属导体中自由电子定向运动的速率增加，但运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此自由电子定向运动的平均速率不随时间变化。设该金属导体的横截面积为s,电阻率为P，电子在金属导体中可认为均匀分布，每个电子的电荷量为e.求金属导体中每个电子所受平均阻力的大小f。10. 设图中磁流体发电机的两块金属板的长度均为a,宽度均为b金属板平行且正对放置，间距为d其间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感强度为B导电流体的流速为v（保持不变）、电

14、阻率为p,负载电阻的阻值为R.导电流体从一侧沿垂直磁场且与金属板平行的方向进入两板间，当开关K拨在1时，磁流体发电机对负载电阻供电；当开关拨在2时，磁流体发电机给平行板电容器充电，电容器间一个质量为m、电量为q的悬吊带电小球在电场力作用下从竖直位置向右偏摆的最大角度为0.求：（1）当开关K拨在1时，负载电阻得到的电压；（2）电容器极板之间的距离S.211. 如图所示，磁流体发电机的通道是一长为L的矩形管道，其中通过电阻率为p的等离子体，通道中左、右一对侧壁是导电的，其高为h相距为a,而通道的上下壁是绝缘的，所加匀强磁场的大小为B与通道的上下壁垂直。左、右一对导电壁用电阻值为r的电阻经导线相接，

15、通道两端气流的压强差为#,不计摩擦及粒子间的碰撞，求等离子体的速率是多少。8第26页，共26页12. 据报道，我国实施的“双星”计划所发射的卫星中放置一种磁强计（霍尔元件传感器），用于测定地磁场的磁感应强度等研究项目.磁强计的原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、电流强度为I的电流.已知金属导体单位体积中的自由电子数为n电子电量为e.金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动.测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U则:(1) 金属导体前后两个侧面哪个电势较高?(2) 求磁场磁感应强度B的大小.13

16、. 霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展.如图1所示，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d为薄片的厚度，k为霍尔系数.某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数.圏1圏2(1) 若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图1所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“+”接线柱与(填“M”或“N”)端通过导线相连.(2) 已知薄片厚度d=0.40mm，该同学保持磁感应强度B=0.10T不变，改变电流I的大小，测量相

17、应的值，记录数据如表所示.I（X10-3A）3.06.09.012.015.018.0UH（X10-3V）1.11.93.44.56.26.8根据表中数据在给定区域内(在图2上)画出UH-I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为x10-3VmA-1T-1(保留2位有效数字).14. 1879年美国物理学家霍尔在研究载流导体在磁场中受力情况时，发现了一种新的电磁效应：将导体置于磁场中，并沿垂直磁场方向通入电流，则在导体中垂直于电流和磁场的方向会产生一个横向电势差，这种现象后来被称为霍尔效应，这个横向的电势差称为霍尔电势差。d(1) 如图甲所示，某长方体导体abcda'b'Cd，的高

18、度为h、宽度为l,其中的载流子为自由电子，其电荷量为e,处在与abb'a'面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B0。在导体中通有垂直于bcc'b'面的电流，若测得通过导体的恒定电流为I，横向霍尔电势差为UH，求此导体中单位体积内自由电子的个数。(2) 对于某种确定的导体材料，其单位体积内的载流子数目n和载流子所带电荷量q均为定值，人们将H=,定义为该导体材料的霍尔系数。利用霍尔系数H已知的材料可以制成测量磁感应强度的探头，有些探头的体积很小，其正对横截面(相当于图甲中的abb'a'面)的面积可以在0.1cm2以下，因此可以用来较精确的测量空间某一位置

19、的磁感应强度。如图乙所示为一种利用霍尔效应测磁感应强度的仪器，其中的探头装在探杆的前端，且使探头的正对横截面与探杆垂直。这种仪器既可以控制通过探头的恒定电流的大小I,又可以监测出探头所产生的霍尔电势差UH，并自动计算出探头所测位置磁场的磁感应强度的大小，且显示在仪器的显示窗内。 在利用上述仪器测量磁感应强度的过程中，对探杆的放置方位有何要求； 要计算出所测位置磁场的磁感应强度，除了要知道H、I、UH外，还需要知道哪个物理量，并用字母表示。推导出用上述这些物理量表示所测位置磁感应强度大小的表达式。15. 某种电磁泵的结构如图所示，把装有液态钠的矩形截面导管(导管是环形的，图中只画出其中一部分)水

20、平放置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B,方向与导管垂直。让电流I按如图方向横穿过液态钠且电流方向与B垂直。设导管截面高为a,宽为b,导管有长/为L的一部分置于磁场中。由于磁场对液态钠的作用力使液态钠获得驱动力而不断沿管子向前推进。整个=系统是完全密封的。只有金属钠本身在其中流动，其余的部件都是固定不动的。(1) 在图上标出液态钠受磁场驱动力的方向。(2) 假定在液态钠不流动的条件下，求导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p与上述各量的关系式。（3）设液态钠中每个自由电荷所带电量为q,单位体积内参与导电的自由电荷数为n求在横穿液态钠的电流I的电流方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速率v

21、0。16磁流体发电的原理与霍尔效应非常类似。如图所示，磁流体发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽为、高为，上下两面是绝缘板。前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B、方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为P的导电液体（有大量的正、负离子），且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率沿x轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变。（1）求开关闭合前，M、N两板间的电势差大小U0；（1）求开关闭合后，M、N两板间的电势差大小U；（3）关于该装置内部能量转化和各力做功，下列说法中正确的A

22、. 该发电机内部由于电荷随导电液体沿x轴方向运动，因此产生了垂直于x轴方向的洛伦兹力分量。这个力使电荷向侧面两板聚集，克服静电力做功，形成电动势，是电源内部的非静电力B. 闭合开关后，由于导电液体内部产生了从M到N的电流，因此导电液体受到安培力的作用，安培力对流体做正功C. 虽然洛伦兹力不做功，但它的一个分量对电荷做正功，另一个分量对电荷做负功，以这两个分量为媒介，流体的动能最终转化为回路中的电能D. 为了维持流体匀速运动，管道两端压强差产生的压力克服摩擦阻力和安培力做功，是整个发电机能量的来源17.如图所示，厚度为h宽度为d的导体板放在与它垂直J/B/的、磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通

23、过导体/A川板时，在导体的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势h|"差，这种现象称为霍尔效应.实验表明，当磁场不太'rp强时，电势差U、电流I和磁感强度B之间的关系为U=K，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，导体板上、下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v,电荷量为e.回答下列问题：(1) 达到稳定状态时，导体上侧面A的电势下侧

24、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) 当导体上、下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力的大小为.(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中电子的个数.18. 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？*从19. 在图中，从相对的两个极E、F接出两条导线，与限流电阻及电流计串联后接到干电池上。调整电阻值使通入的电流约为10mA，将另一对电极M

25、、N接到多用表的200mV直流电压挡上。将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，即写有字符的表面，将会看到霍尔电压怎样变化？用另一个磁极去接近，又会看到什么现象?20. 用如图所示的装置可以测量磁感应强度B的值，取一长方体金属块置于匀强磁场中，磁场方向垂直于金属块前后两个侧面，左右两侧面接入电路中，测得流过长方体金属块的电流大小为I，用理想电压表测得长方体上下两表面的电势差大小为U已知长方体金属块的长、宽、高分别为a、b、c,查得该金属材料单位体积内的自由电子数为n，电子的电荷量为e，则可以测出磁感应强度B的值为.21. 如图所示，一厚为d、宽为b、长为L的载流导体薄板放在磁感应强度为B的

26、磁场中，电流强度为I，薄板中单位体积内自由电荷的数目为n,自由电荷的电量为-e，如果血上磁场与薄板前后表面垂直，则板的上下两表面AA'间会出丄./现电势差，这一现象叫霍尔效应，AA'间的电势差叫霍尔电势差UH(或霍尔电压)，(1) 达到稳定状态时，AA'两表面，哪一面电势高？(2) 试说明霍尔电势差UH与题述中的哪些物理量有关，并推证出关系式.22. 如图所示，一块长为a,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的均匀磁场中，当电流从左至右通过导体板时，在导体的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.已知导体板上下侧面的电势差U

27、,电流I和B的关系为：U=K，式中的比例系数K称为霍尔系数.设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v,电荷量为e,导体板单位体积中的电子的个数为求：(1) 达到稳定状态时，导体板上的侧面A的电势比侧面A'的电势高还是低？(2) 证明霍尔系数为K是一个与电流、磁场无关的常量.(3) 在一次实验中，一块导体板宽d=2.0x10-2m、长a=4.0x10-2m、厚h=1.0x10-3m,放在磁感应强度B=2T的匀强磁场中，通有I=3.0A的电流，若产生产生1.0x10-5V的电压.贝9导体板中单位体积内的电子个数是多少？(e=1.6x10-19C)B答案和解析1.【答案】解：

28、(1) 电流的方向水平向右时，电子向左定向移动，根据左手定则，电子向f面偏转。f面得到电子带负电，c面失去电子带正电，所以C端的电势高。(2) 电子收到的洛伦兹力与电场力平衡evB0=eE电场强度:：=.电流的微观表达式I=nevLh可得；=n为材料本身特性，故:；-由表达式可知，霍尔灵敏度KH与元件厚度h成反比，h越小，KH值越大，所以霍尔元件一般都做得很薄。答：(1)图中c端的电势咼；、Lj(2) 可待测磁场的磁感应强度Bx和Bo之间的关系式：(3) 由表达式可知，匚.二，霍尔灵敏度KH与元件厚度h成反比，h越小，KH值越大，所以霍尔元件一般都做得很薄。【解析】(1)金属导体中移动的是自由

29、电子，当电流的方向水平向右时，电子向左定向移动，受到洛伦兹力发生偏转，根据电子偏转到哪一表面判断电势的高低；(2) 当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，E和UH达到稳定值，根据电场力与洛伦兹力平衡，结合电流I=nevS，从而确定磁感应强度Bx和B。之间的关系式；(3) 由上分析，即可推导出UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间的关系。解决本题的关键知道金属导体中移动的是自由电子，根据左手定则判断电子偏转方向，从而得出表面电势的高低。会根据荷所受的电场力与洛伦兹力相等，推导出UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间的关系。2.【答案】A【解析】解：(1)导体的电子定向移动形成电流，电子的运

30、动方向与电流方向相反,电流方向向右，则电子向左运动。由左手定则判断，电子会偏向A端面，A板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以下侧面A'的电势高于侧面A的电势。当电场力与洛伦兹力平衡时，则有:e.=evB，>.1解得：v=：,由电流微观表达式得:I=nhdev解得：v=;又v=.-联立得:B二；（2）设带电离子所带的电荷量为q,当其所受的洛伦兹力与电场力平衡时，U0保持恒定，则有：qvOB=q，解得：U0=Bdv0开关闭合后，M、N两板间的电压为R两端的电压两导体板间液体的电阻为：r=p.根据欧姆定律，则有：I='R两端的电压为：U=IR联立得：U=-AB、当电荷运动时受

31、到洛伦兹力作用，正电荷向M板积累，负电荷向N积累，两板间形成了由M到N的电场，因此电荷向两极板间运动时受到的洛伦兹力即为非静电力,MN间的电场对电荷的作用力是静电力，正是非静电力做功把其他形式的能转化为电能,故A正确，B错误；C、流体的动能部分转化为电能，故C错误；D、为了维持流体匀速运动，管道两端的压强满足PS=FA+f，其中FA为安培力，f为洛伦兹力，故发电机能量来源非静电力做功，故D错误；故选：AotJ,nUed答：（1）下侧面A'.；。（2）BdV01-'；Ao（1）导体中电子受到磁场的洛伦兹力而发生偏转，A或A'聚焦了电子，产生电场,两侧面间就有电势差，由左手

32、定则可判定出电子的偏转方向，从而判断A或A'两侧的电荷聚集情况，聚集正电荷的一侧电势高； 当电场力与洛伦兹力平衡时，即可求出速度； 根据电流的微观表达式，I=nvhde，即可求解。（2）根据洛伦兹力等于电场力，即可求解； 根据电阻定律，求得液体的电阻，再依据闭合电路欧姆定律，及U=IR,即可求解； 发电机能量来源非静电力做功，体的动能最终部分转化为回路中的电能，安培力做负功。(1) 考查带电粒子在复合场的运动，掌握洛伦兹力与电场力的大小公式，及理解左手定则的应用，注意电流的微观表达式的内容。(2) 考查带电粒子受到洛伦兹力与电场力相平衡的应用，掌握电阻定律与闭合电路欧姆定律表达式，注意

33、液体受到安培力做功，及非静电力做功，与能量转化的关系。3. 【答案】解：(1)电流沿x轴正方向，知电子流动的方向沿x轴负方向，根据左手定则，知电子向C侧面偏转，所以C侧面得到电子带负电，C侧面失去电子带正电.故C'面电势较高.(2) 当电子受力平衡时有：_=：.：.得U=vBb.电流的微观表达式I=nevS=nevbd.所以v=.U=.：；、'，知两个侧面的电势差与其中的电流成正比.(3) UCC'=./，则B=.：.，=故该元件所在处的磁感应强度B的大小为0.02T.【解析】(1)金属导体中移动的是自由电子，根据左手定则判定电子的偏转方向，从而得出元件的CC两个侧面的

34、电势的高低.(2) 最终电子在洛伦兹力和电场力的作用下处于平衡，根据平衡，结合电流的微观表达式，证明出两个侧面的电势差与其中的电流成正比.(3) 根据证明出的电势差和电流的关系求出磁感应强度的大小.解决本题的关键掌握左手定则判定洛伦兹力的方向，以及知道最终电子受电场力和洛伦兹力处于平衡.or4. 【答案】下表面【解析】解：电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向上表面偏转，则上表面带负电，下表面失去电子带正电，下表面的电势较高，当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向上表面偏转,使得上下两面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，上下表面间产生恒定的电势差因而可得=Bev，根据

35、电量表达式，q=n(cbvt)e；且I=.'=nevcb；現解得：uh=；、BI故答案为：下表面，.电子定向移动形成电流，根据电流的方向得出电子定向移动的方向，根据左手定则，判断出电子的偏转方向，在上下两面间形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下平衡，根据平衡求出磁感应强度的大小.解决本题的关键会利用左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道稳定时电荷所受的洛伦兹力和电场力平衡.5. 【答案】解：(1)根据左手定则可知，正离子向上偏，负离子向下偏，所以发电机上导体电极为正极、下导体电极为负极。电机的电动势E=BavEBov(2)外电路闭合后：；=|二发电通道内电离气体的等效电阻为等离

36、子电离气体等效电流受到的安培力为：F=BIa等离子电离气体水平方向由平衡条件得：abp-BIa=0联立解得：，=,_（3）当所有进入发电机的等离子全都偏转到导体电极上形成电流时，电流达到最大值Im，联立解得：,=：!.答：（1）发电机上导体电极为正极、下导体电极为负极。电机的电动势E=Bav；（2）发电通道两端的压强差AP为.；B打（3）R0为.：,.，Im为nqabw【解析】由题，运动的电离气体，受到磁场的作用，将产生大小不变的电动势，相当于电源，E=Blv，外电路闭合后，根据欧姆定律、电阻定律结合平衡条件即可求解压强差,当所有进入发电机的等离子全都偏转到导体电极上形成电流时，电流达到最大值

37、Im，根Q据/=.求解最大电流，根据欧姆定律求解R0。要注意电阻定律中导体的长度是导体顺着电流方向的长度，图中内电路是导体长度是d容易搞错。6. 【答案】解：（1）由场强与电势差关系知UH=EHl导体或半导体中的电子定向移动形成电流，电流方向向右，实际是电子向左运动。由左手定则判断，电子会偏向f端面，使其电势低，同时相对的c端电势高。（2）由Uh=Rh得:Rh=Uh-=Eh1-当电场力与洛伦兹力相等时有：eEH=evB得：EH=vB又I=nevS如nzrfidi得:RH=vBl：=vl.，：.：，；：=。答：（1）设半导体薄片的宽度（C、f间距）为l,写出UH和Eh的关系式为UH=EHl；若半

38、导体材料是电子导电的，c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,霍尔系数rh的表达式为rh=。【解析】（1）由左手定则可判断出电子的运动方向，从而判断和C两侧的电荷聚集情况，聚集正电荷的一侧电势高。（2）根据题中所给的霍尔电势差和霍尔系数的关系，结合电场力与洛伦兹力的平衡，可求出霍尔系数的表达式。所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，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。7. 【答案】解：（1）由左手判定电子受力

39、偏向D2边，所以D边电势高；（2）当电压为U0时，电子不再发生偏转，故电场力等于洛伦兹力：Iff由电流I=nevbd得：一，将代入得：匚=.-（3）图像结合轻杆运动可知，0%内，轻杆向一侧运动至最远点又返回至原点，则轻杆的运动周期为T=2t0所以频率为：-一-当杆运动至最远点时，电压最小，为U,此时：一冋设压力波振幅为A,有:冷=.-I宀:小解得：=【解析】本题主要霍尔效应为基础，结合题意以及图像进行解答，关键是理解题意结合题意给的物理关系进行求解。（1）电流方向为C1C2，则电子运动方向为C2C，由左手定则可判定电子偏向D2边，所以D1边电势高；（2）当电压为U0时，电子不再发生偏转，此时电

40、场力等于洛伦兹力结合电流的表达式可得出U0与I、B0之间的关系式；（3）图像结合轻杆运动可知，0%内，轻杆向一侧运动至最远点又返回至原点，则轻杆的运动周期为T=2t0，频率为周期的倒数，当杆运动至最远点时，电压最小，结合磁感应强度大小为B=B0（1-卩|xl）,卩0进行解答。8. 【答案】【解答】（1）水能导电，相当于导体，水流动的时候切割磁感线产生感应电动势，该发电装置产生的电动势：E=Bdv；（2）两金属板间水的电阻：r=p.，由闭合电路的欧姆定律可得，电流：/=：.=,.冷；=,：.'I'.；（3）在t时间内，R上产生的电功率：p=/2R=（.）2R；答：（1）由法拉第电

41、磁感应定律，该发电装置的电动势E=Bdv；BdvS（2）通过电阻R的电流强度，；（3）电阻R消耗的电功率（，.）2R。【解析】【分析】(1) 由E=BLv可以求出感应电动势；(2) 由电阻定律求出水的电阻，由闭合电路的欧姆定律求出电流大小；(3) 由电功率公式求出电阻上电功率。本题考查了求电动势、电流、焦耳热等问题，应用E=BLv、电阻定律、欧姆定律、右手定则、焦耳定律即可正确解题，掌握基础知识是正确解题的关键。9. 【答案】解：(1)当外电路断开时，极板间的电压大小等于电动势。此时，发电通道内电荷量为q的离子受力平衡。有可得：E=Bav(2) a.当电键闭合，由欧姆定律可得：=该电流在发电通

42、道内受到的安培力大小为：FA=BIa要使等离子体做匀速直线运动，所需的推力为：ft=fa推力F的功率为：PT=FTv联立可得闭合电路中发电机的总功率为：PD=IE联立可得：-：由可得：PT=PD可见，推力的功率PT就等于该发电机的总功率PD。b：设金属导体R内电子运动的平均速率为V,单位体积内的电子数为n，t时间内有n个电子通过电阻的横截面，贝y：N=vtsnt时间内通过横截面的电荷量为：Q=Ne电流为：=联立式可得：:丄=.：.二:訂设金属导体中的总电子数为N，长度为d由于电子在金属导体内可视为匀速直线运动，所以电场力的功率(电功率)应该等于所有电子克服阻力f做功的功率，即：14/2R=N/

43、V15N=dsn由电阻定律得：联立式可得：.-二-.答：(1)求该磁流体发电机的电动势大小Bav；(2)a.证明如上所述；b金属导体中每个电子所受平均阻力的大小片:'【解析】(1)等离子体受到洛伦兹力发生偏转，根据正电荷的偏转方向确定直流电源的正极。最终电荷在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，根据平衡求出电源的电动势;(2)根据闭合电路欧姆定律计算电流大小，得出安培力大小，再由功率表达式，从而即可证明；依据电流的定义式，与电阻定律，即可求解。解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向，以及会根据电荷的平衡求出电动势的大小，即极板间的电势差；并掌握电阻定律与电流的定义式的内容。第二问：(

44、另一解法)设金属导体的长度为d电阻为R,由电阻定律得：金属导体两端的电压为：ur=ir金属导体内的电场可看作匀强电场，设场强大小为E0,贝y：UR=E0d电子在金属导体内匀速直线运动，阻力等于电场力，贝y：f=eE0联立式可得10. 【答案】解：根据法拉第电磁感应定律，发电机产生的感应电动势E大小为d=Bdv(1) 导电流体的运动可以等效为长度为d、电阻为r的导体做切割磁感线运动，其电阻r=匚根据闭合电路欧姆定律，通过负载电阻R的电流为那么，负载电阻R得到的电压为='=pd)E,Biv(2) 磁流体发电机给电容器提供的电场强度E2=带电体得到的电场力F=qE2="设摆线长为l

45、,小球从竖直位置向上摆动的过程中，根据动能定理，有:FlsinO-mgl(1-cosO)=0-0联立解得：s=:,答:(1)当开关K拨在1时，负载电阻得到的电压L=(2)电容器极板之间的距离S=【解析】(1)导电流体的运动可以等效为长度为d、电阻为r的导体做切割磁感线运动求出切割产生的感应电动势，根据闭合电路欧姆定律求出感应电流的大小，从而求出负载电阻的电压.(2)根据动能定理求出电场强度的大小，结合电动势和电场强度求出电容器极板之间的距离.本题突出对学生科学方法运用的考查，既考查学生类比方法(类比导体棒切割磁感线运动产生感应动势的方法求磁流体切割磁感线产生的感应电动势)、又考查分析与综合的方

46、法(将复杂的问题分解成若干简单问题并找出其联系，层层推进确定最终的结果).11. 【答案】解：等离子体通过管道时，在洛伦兹力作用下，正负离子分别偏向右、左两壁，由此产生的电动势等效于金属棒切割磁感线产生的电动势，其值为E=Bav且与导线构成回路，令气流进出管时的压强分别为P、p2,则气流进出管时压力做功的功率分别为P1Sv和p2Sv，其功率损失为p1Sv-p2Sv=pSv由能量守恒，此损失的功率完全转化为回路的电功率，即0伽讨PSv=-=p(/>a4Lftr)将S=ha,R=p+r代入上式中得v=Ap(pa+Lhr)答：等离子体的速率是.。【解析】等离子体通过管道，受到洛伦兹力作用，向左

47、右壁偏转，产生电势差；运动的电离气体，受到磁场的作用，将产生大小不变的电动势，相当于电源，E=Blv，外电路闭合后，根据欧姆定律、电阻定律进行求解。本题考查了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平衡。12. 【答案】解：(1)电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向前表面偏转，则前表面带负电，后表面失去电子带正电，后侧面的电势较高.(2)当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向前侧面偏转，使得前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差.因而可得亍m；q=n(abvt)e1=1=nevs由以上几

48、式解得磁场的磁感应强度亍二答：(1)后侧面的电势较高.(2)磁场磁感应强度B的大小为打=【解析】电子定向移动形成电流，根据电流的方向得出电子定向移动的方向，根据左手定则，判断出电子的偏转方向，在前后两侧面间形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下平衡，根据平衡求出磁感应强度的大小.解决本题的关键会利用左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道稳定时电荷所受的洛伦兹力和电场力平衡.13. 【答案】M1.5JUi1丄11f-/T'.-"8.-7>【解析】解：(1)根据左手定则得，正电荷向M端偏转，所以应将电压表的“+”接线柱与M端通过导线相连(2)UH-I图线如图所示.根据

49、UH=k知，图线的斜率为=0.375,解得霍尔系数k=1.5x10-3VmA-1T-1.故答案为：(1)M；(2)1.5.(1)根据左手定则判断出正电荷所受洛伦兹力的方向，从而确定出偏转的俄方向，得出电势的高低.(2)根据表格中的数据作出UH-I图线，根据图线的斜率，结合表达式求出霍尔系数.解决本题的关键知道霍尔效应的原理，并能灵活运用.掌握图象的应用.14. 【答案】解：(1)设单位体积内的自由电子数为n,自由电子定向移动的速率为v；则有：I=nehlv；当形成恒定电流时，自由电子所受电场力与洛仑兹力相等，因此有：=；解得：；=:;即：导体中单位体积内自由电子的个数为;；（2）应调整探杆的放

50、置方位（或调整探头的方位），使霍尔电势差达到最大（或使探杆与磁场方向平行；探头的正对横截面与磁场方向垂直；abba面与磁场方向垂直）；设探头中的载流子所带电荷量为q,根据上述分析可知，探头处于磁感应强度为B的磁场中，当通有恒定电流I,产生最大稳定霍尔电压UH时，有：！厂：=；又因I=nqhlv和=:;联立可解得：；所以，还需要知道探头沿磁场方向的宽度1；即：还需要知道探头沿磁场方向的宽度1。【解析】本题考查了霍尔效应及其应用；解决本题的关键掌握电流的微观表达式，以及知道稳定时电子所受的电场力和洛伦兹力平衡。（1）根据电流的微观表达式I=nevS，结合稳定时电子所受的电场力和洛伦兹力平衡求出导体

51、中单位体积内自由电子的个数；（2）使探杆与磁场方向平行；探头的正对横截面与磁场方向垂直，此时形成的霍尔电势差最大.根据电流的微观表达式，抓住电子所受电场力和洛伦兹力平衡，结合霍尔系数求出磁感应强度的表达式，通过表达式得出需要测量的物理量。15. 【答案】解：（1）根据左手定则知，方向垂直BI平面向里。（2）液态钠在在磁场中受到安培力F=BIa安培力作用的面积为S=abpSiP=s=T(3)由I=.Q=nqbLa因为a=V0to代入解得I=nqbLv0I答：（1）液态钠受磁场驱动力的方向垂直BI平面向里。D-J(2) 导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p与上述各量的关系式为=。(3) 在横

52、穿液态钠的电流I的电流方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速率I【解析】(1)根据左手定则判断出磁场驱动力的方向。(2) 液态钠不流动的条件下，安培力F=PS，根据平衡求出压强的表达式。(3) 根据电流的定义式，通过Q=nqbLa求出在横穿液态钠的电流I的电流方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速率。解决本题的关键掌握左手定则判断安培力的方向，知道液态钠不流动是所受的安培力与压力差相等。16. 【答案】A【解析】解：(1)设带电离子所带的电荷量为q,当其所受的洛伦兹力与电场力平衡时，u保持恒定，%则有：C=1'，解得：U0=Bdv0(2) 开关闭合后，M、N两板间的电压为R两端的电

53、压两导体板间液体的电阻为：七根据欧姆定律，则有：=R两端的电压为U=IR联立得：；y-R+吨(3) AB、当电荷运动时受到洛伦兹力作用，正电荷向M板积累，负电荷向N积累，两板间形成了由M到N的电场，因此电荷向两极板间运动时受到的洛伦兹力即为非静电力，MN间的电场对电荷的作用力是静电力，正是非静电力做功把其他形式的能转化为电能，故A正确，B错误；C、流体的动能部分转化为电能，故C错误；D、为了维持流体匀速运动，管道两端的压强满足PS=FA+f，其中FA为安培力，f为洛伦兹力，故发电机能量来源非静电力做功，故D错误；故选：A。故答案为：(1)BdV0；(2)'；(3)A。(1) 根据洛伦兹

54、力等于电场力，即可求解；(2) 根据电阻定律，求得液体的电阻，再依据闭合电路欧姆定律，及U=IR，即可求解；(3) 发电机能量来源非静电力做功，体的动能最终部分转化为回路中的电能，安培力做负功。考查带电粒子受到洛伦兹力与电场力相平衡的应用，掌握电阻定律与闭合电路欧姆定律表达式，注意液体受到安培力做功，及非静电力做功，与能量转化的关系。17. 【答案】低于；eBv；e'【解析】解：(1)导体的电子定向移动形成电流，电子的运动方向与电流方向相反，电流方向向右，则电子向左运动.由左手定则判断，电子会偏向A端面，A'板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以侧面A的电势低于下侧面A'

55、;的电势.(2) 电子所受的洛伦兹力的大小为：F=eBv.洛(3) 电子所受静电力的大小为：Fts=eE=e静(4) 当电场力与洛伦兹力平衡时，则有：e=evB得：U=hvB导体中通过的电流为：I=nevdh,IB由U=keIBTifflrfrtP得：hvB=k=k联立得：k=故答案为：(1)低于；(2)eBv；(3)e；(4)证明如上所述.(1) 导体中电子受到磁场的洛伦兹力而发生偏转，A或A'聚焦了电子，产生电场，两侧面间就有电势差.由左手定则可判断出电子的偏转方向，从而判断A和A'两侧的电荷聚集情况，聚集正电荷的一侧电势高.(2) 电子所受的洛伦兹力的大小为F=eBv.(3) 电子所受静电力的大小为F=eE，E由E=求出.(4) 根据题中所给的霍尔电势差和霍尔系数的关系，结合电场力与洛伦兹力的平衡，可求出霍尔系数的表达式.所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，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18【答案】解：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，贝比表面聚