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如圖所示，厚度為h寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側面A和下側面A/之間會產生電熱差，這種現象稱為霍爾效應。實驗表明，當磁場不太強時，電熱差U、電流I和磁感應強度B的關系 式中的比例系數K稱為霍爾系數。

霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側會出現多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倉茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板上下兩面之間就會形成穩定的電勢差。

設電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e。回答下列問題：

（1）達到穩定狀態時，導體板上側面A的電勢_____下側面A的電勢（填高于、低于或等于） 

（2）電子所受的洛倫茲力的大小為______。

（3）當導體板上下兩面之間的電勢差為U時，電子所受靜電力的大小為_____。

（4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數為，其中n代表導體板單位體積中電子的個數。

 

【答案】

(1)低于      (2)eVB       (3)Be/h (或   eVB)       (4)略

【解析】(1)導體中電子運動形成電流，電子運動方向與電流方向相反，利用左手定則可判定電子向A板偏，A′板上出現等量正電荷，所以A板電勢低于A′板電勢

洛倫茲力大小F＝Bev

(3)靜電力 F電＝Ee＝e

(4)由F＝F電得Bev＝e　U＝hvB

導體中通過的電流I＝nev·d·h

由U＝k 得hvB＝k 　hvB＝k

得

思路分析：由左手定則可判斷出電子的運動方向，從而判斷f和c兩側的電荷聚集情況，聚集正電荷的一側電勢高．

試題點評：所謂霍爾效應，是指磁場作用于載流金屬導體、半導體中的載流子時，產生橫向電位差的物理現象．霍爾效應在新課標教材中作為課題研究材料，解答此題所需的知識都是考生應該掌握的．對于開放性物理試題，要有較強的閱讀能力和獲取信息能力．本題能力考查層次是推理能力+應用能力（將較復雜的問題分解為幾個較簡單的問題，并找出它們之間的聯系．）+應用能力（對問題進行合理的簡化，找出物理量之間的關系，利用恰當的數學表達方式進行分析、求解，得出物理結論）．

 

練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

A．（1）為了將空氣裝入氣瓶內，現將一定質量的空氣等溫壓縮，空氣可視為理想氣體．下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強p和體積V關系的是
 
．精英家教網
（2）在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中，溫度保持不變，外界做了24kJ的功．現潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過程中，瓶中空氣的質量保持不變，且放出了5kJ的熱量．在上述兩個過程中，空氣的內能共減小
 
kJ，空氣
 
（選填“吸收”或“放出”）的總能量為
 
kJ．
（3）已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3kg/m3和2.1kg/m3，空氣的摩爾質量為0.029kg/mol，阿伏加德羅常數NA=6.02×1023mol-1．若潛水員呼吸一次吸入2L空氣，試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數．（結果保留一位有效數字）
B．（1）激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點，在科學技術和日常生活中應用廣泛．下面關于激光的敘述正確的是
 
．
A．激光是縱波
B．頻率相同的激光在不同介質中的波長相同
C．兩束頻率不同的激光能產生干涉現象
D．利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離
（2）如圖甲所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30×10-7m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10-7m，則在這里出現的應是
 
（選填“明條紋”或“暗條紋”）．現改用波長為6.30×10-7m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將
 
（選填“變寬”、“變窄”或“不變”）．
（3）如圖乙所示，一束激光從O點由空氣射入厚度均勻的介質，經下表面反射后，從上面的A點射出．已知入射角為i，A與O 相距l，介質的折射率為n，試求介質的厚度d．精英家教網
C．（1）研究光電效應電路如圖所示．用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關系圖象中，正確的是
 
．精英家教網
（2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子．光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小
 
（選填“增大”、“減小”或“不變”），原因是
 
．
（3）已知氫原子處在第一、第二激發態的能級分別為-3.40eV和-1.51eV，金屬鈉的截止頻率為5.53×1014Hz，普朗克常量h=6.63×10-34J?s．請通過計算判斷，氫原子從第二激發態躍遷到第一激發態過程中發出的光照射金屬鈉板，能否發生光電效應．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示,厚度為h、寬為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中,當電流通過導體板時,在導體板的上側面A和下側面A′之間會產生電勢差,這種現象稱為霍爾效應.實驗表明,當磁場不太強時電勢差U,電流I和B的關系為U=k,式中的比例系數k稱為霍爾系數.

霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側,在導體板的另一側出現多余的正電荷,從而形成橫向電場,橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力,當靜電力與洛倫茲力達到平衡時,導體板上下兩側之間就會形成穩定的電勢差.

設電流I是由電子定向流動形成的,電子的平均定向速度為v,電量為e,回答下列問題：

(1)達到穩定狀態時,導體板上側面A的電勢__________下側面A′的電勢(填“高于”“低于”或“等于”).

(2)電子所受的洛倫茲力的大小為__________.

(3)當導體板上下兩側之間的電勢差為U時,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k=,其中n代表導體板單位體積中電子的個數.

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科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

【選做題】本題包括A、B、C三小題，請選定其中兩題，并在相應的答題區域內作答．若三題都做，則按A、B兩題評分．

A．（選修模塊3-3）

（1）為了將空氣裝入氣瓶內，現將一定質量的空氣等溫壓縮，空氣可視為理想氣體．下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強p和體積V關系的是    ▲   ．

（2）在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中，溫度保持不變，外界做了24kJ的功．現潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過程中，瓶中空氣的質量保持不變，且放出了5kJ的熱量．在上述兩個過程中，空氣的內能共減小     ▲     kJ，空氣    ▲    （選填“吸收”或“放出”）的總能量為  ▲  kJ．

（3）已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3kg/和2.1kg/，空氣的摩爾質量為0.029kg/mol，阿伏加德羅常數=6.02．若潛水員呼吸一次吸入2L空氣，試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數．（結果保留一位有效數字）

B．（選修模塊3-4）

（1）激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點，在科學技術和日常生活中應用廣泛．下面關于激光的敘述正確的是    ▲   ．

（A）激光是縱波

（B）頻率相同的激光在不同介質中的波長相同

（C）兩束頻率不同的激光能產生干涉現象

（D）利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離

（2）如圖甲所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30×m，屏上P點距雙縫和的路程差為7.95×m，則在這里出現的應是   ▲    （選填“明條紋”或“暗條紋”）．現改用波長為6.30×m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將   ▲   （選填“變寬”、“變窄”或“不變”）．

（3）如圖乙所示，一束激光從O點由空氣射入厚度均勻的介質，經下表面反射后，從上面的A點射出．已知入射角為i，A與O 相距l，介質的折射率為n，試求介質的厚度d．

C．（選修模塊3-5）

（1）研究光電效應電路如圖所示．用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓的關系圖象中，正確的是    ▲    ．

（2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子．光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小   ▲    （選填“增大”、“減小”或“不變”)，原因是___▲____．

（3）已知氫原子處在第一、第二激發態的能級分別為-3.40eV和-1.51eV，金屬鈉的截止頻率為Hz，普朗克常量h=Js．請通過計算判斷，氫原子從第二激發態躍遷到第一激發態過程中發出的光照射金屬鈉板，能否發生光電效應．

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科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

【選做題】本題包括A、B、C三小題，請選定其中兩題，并在相應的答題區域內作答．若三題都做，則按A、B兩題評分．

A．（選修模塊3-3）（12分）

（1）為了將空氣裝入氣瓶內，現將一定質量的空氣等溫壓縮，空氣可視為理想氣體．下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強p和體積V關系的是   ▲   ．

（2）在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中，溫度保持不變，外界做了24kJ的功．現潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過程中，瓶中空氣的質量保持不變，且放出了5kJ的熱量．在上述兩個過程中，空氣的內能共減小    ▲     kJ，空氣   ▲    （選填“吸收”或“放出”）的總能量為  ▲  kJ．

（3）已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3kg/和2.1kg/，空氣的摩爾質量為0.029kg/mol，阿伏加德羅常數=6.02．若潛水員呼吸一次吸入2L空氣，試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數．（結果保留一位有效數字）

B．（選修模塊3-4）（12分）

（1）激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點，在科學技術和日常生活中應用廣泛．下面關于激光的敘述正確的是   ▲   ．

（A）激光是縱波

（B）頻率相同的激光在不同介質中的波長相同

（C）兩束頻率不同的激光能產生干涉現象

（D）利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離

（2）如圖甲所示，在楊氏雙縫干涉實驗中，激光的波長為5.30×m，屏上P點距雙縫和的路程差為7.95×m，則在這里出現的應是  ▲    （選填“明條紋”或“暗條紋”）．現改用波長為6.30×m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將  ▲   （選填“變寬”、“變窄”或“不變”）．

（3）如圖乙所示，一束激光從O點由空氣射入厚度均勻的介質，經下表面反射后，從上面的A點射出．已知入射角為i，A與O 相距l，介質的折射率為n，試求介質的厚度d．

C．（選修模塊3-5）（12分）

（1）研究光電效應電路如圖所示．用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓的關系圖象中，正確的是   ▲    ．

（2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子．光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小  ▲    （選填“增大”、“減小”或“不變”)，原因是___▲____．

（3）已知氫原子處在第一、第二激發態的能級分別為-3.40eV和-1.51eV，金屬鈉的截止頻率為Hz，普朗克常量h=Js．請通過計算判斷，氫原子從第二激發態躍遷到第一激發態過程中發出的光照射金屬鈉板，能否發生光電效應．

 

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖11所示，厚度為h、寬為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的勻強磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側面A和下側面A′之間會產生電勢差，這種現象稱為霍爾效應.實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關系為U=，式中的比例系數K稱為霍爾系數.


 霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側出現多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板上下兩側之間就會形成穩定的電勢差.
設電流I是由電子定向流動形成的，電子的平均定向速率為v，電荷量為e，回答下列問題：
（1）達到穩定狀態時，導體板上側面Ａ的電勢__________下側面Ａ′的電勢（填“高于”、“低于”或“等于”）.
（2）電子所受的洛倫茲力的大小為___________.
（3）當導體板上下兩側之間的電勢差為U時，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K=，其中n代表導體板單位體積中電子的個數._____________________________________________
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