霍尔效应在高考试题中的应用

1、霍尔效应在高考试题中的应用南海区黄池高级中学张宝。摘要：高考内容改革的方向总体上重视能力和素质的考试，命题的原则遵循教学大纲，但不拘泥于大纲。尤其是提高应用性和能力的考试。霍尔效应本来是大学物理的内容，但仍然可以用高中学的物理知识来解释。因为它与现代科技应用紧密相连，是调查学生能力的好材料。命题者将它整合到现代科学技术的实际应用中，以信息迁移问题调查学生的能力，因此在物理高考准备复习中要注意。关键词：霍尔效应霍尔元件磁流体发电机电磁流量计磁力仪霍尔效应：放在磁场中的载流子流体，如果电流方向垂直于磁场方向，则垂直于电流和磁场方向会产生额外的横向电场。这种现象是霍普金斯大学研究生霍尔在1879年发

2、现的，称为霍尔效应。霍尔效应实质上是运动的带电粒子在磁场中洛伦兹力作用产生的偏转，因此可以用高中物理的电磁学、力学、运动学等相关知识来解释。霍尔效应原理的应用包括霍尔元件、磁流体发电机、电磁流量计、磁力仪等。bdH I图-1a a测试问题1(全国高考问题):如图-1所示，厚度为H、宽度为D的导体板位于磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时导体的上部A和下部A之间发生电势差，这称为霍尔效应，当磁场不太强时大厅效果可以解释为：外部磁场的洛伦兹力将移动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧产生额外的正电荷，形成侧电场，侧电场对电子施加相反方向的静电。静电和洛伦兹力平衡后，导体板下两侧之间

3、形成稳定的电势差。电流设置I由电子的方向流形成，电子的平均方向速度为V，电荷数量为E，回答了以下问题：(1)达到稳定状态时，导体板的侧A的电势下，侧A 的电势(上、下或等于)。(2)电子所受的洛伦兹力大小.答案(1)小于电子接收的洛伦兹力的大小f=evB (3)电子接收的静电力的大小F=(4)这是信息转移的问题。这个问题来自命题者的独创性采访。前提提供的资料可以完全参考大学物理内容。对中学生来说，霍尔效应是陌生的规律，考生必须仔细阅读问题，深入分析霍尔效应的原理，彻底理解，熟练地结合高中物理中学过的知识，才能正确解决。这充分反映了高考“根据中学课程大纲，但不拘泥于大纲”的命题原则，不是在中学教

4、材中叙述什么，而是对高考考试问题考什么，特别是命题者超出中学教材内容部分的内容进行了比较详细的叙述，因此学生并没有自学过大学物理教材，不会超出中学物理内容，因此不会失去分数，对所有考生都是如此。(David aser，Northern Exposure)bA dIB c图-2I考试问题2(北京东城区考试问题):一种半导体材料叫“霍尔材料”，用它制作的元素叫“霍尔元件”。该材料具有称为“载流子”的定向移动电荷，每个载流子的功率大小为一元电荷，即q=1.610-19C。在自动检测、控制领域广泛使用的实验中，孔材料制成的薄片宽度ab=1.010-2m，长bc=4.010-2m，厚度h=1.010-3

5、m，垂直向上的磁感应强度B=1.5T的均匀磁场中，bc方向通过I(1(2)在薄板上形成电流I的载流子方向运动的速度是多少？答案(1)b侧电势较高，(2)载波方向运动率v=6.710-4m/s。snrab离子束图-3磁流体发电机的基本原理是霍尔效应。如图-3所示，等离子气体被喷射到磁场中，正负离子被洛伦兹力偏转，聚集在A，B板块上，产生电势差。A，B平行金属板的面积为S，L，等离子体气体的电阻率为，喷射气体速度为V，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，等离子体气体以一定速度在A，B板间通过时聚集的电荷最多，板间电势最大的是功率电动势。此时，离子力平衡：Eq=qvB，E=Bv，=EL=BLv。

6、电源内部电阻。sbr导电流体图-4试验问题3(江西省试验问题):图-4是磁流体发电机的示意图。将两个金属板之间的距离设定为D，阳极板之间均匀磁场的磁感应强度为B。等离子体垂直进入磁场的速度为V，单离子所具有的功率为Q。离子通道(即阳极板内包围的空间)的等效电阻为R，负载电阻为R。(1)寻找发电机的电动势。(2)发电机的总功率。答案(1)电动势E=Bdv (2)总功率ABD vb图-5电磁流量计可以根据霍尔效应解释如下。如图-5所示，圆形导管直径为D，由非磁性材料制成，其中可传导的液体向左流动。导电液体的自由电荷(正离子和负离子)在洛伦兹力的作用下侧向，在A和B之间发生电势差。当自由电荷达到电场

7、力和洛伦兹力的平衡时，A和B之间的电势差保持稳定。QvB=Eq=，可用v=，流量Q=sv=测试问题4(湖北省高考问题):电磁流量计广泛用于测量污水等导电流体的管内流量(单位时间内通过管内横截面的流体体积)。为了简化，假定流量计是矩形横断面，空部分的长度、宽度和高度分别为图中的A、B和C，如图-6所示。流量计的两端与输送流体的管道连接(图中的虚拟bca图-6线)。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。现在有流量计的地方有磁感应强度为B的均匀磁场，磁场方向与前后两面垂直。当导电流体稳定地通过流量计时，在管道外，流量计的上方和下方两个表面分别连接到电阻R连接的电流表的两端，I表示测量的

8、电流值。已知流体的电阻率为，无论电流表的内部电阻如何，均可求出流速()。回答-aA.b.c.d .cbdaI bd图-7磁强计是利用霍尔效应测量磁感应强度B的仪器。原理如图-7所示，一个导体连接了A，B，C，D四个电极，将导体放在均匀的磁场中，A，B之间发生了电流I，C，D之间的电势，只需测量C，D之间的电势U。可以测量b。l如果c，D之间的电势保持稳定，则U=EL，此时传导的自由电荷所接收的电场力与洛伦兹力平衡，Eq=qvB，式中V是自由电荷的方向移动速度。由此可见。如果将导体单位体积内的自由电荷数设置为N，则电流I=nqsv，表达式中S为导体的截面面积，S=Ld。因此，您可以知道BU。这样，只要先在已知磁场中确定标度，就可以通过测量U来确定B的大小。高考大纲中新增的很多知识点更有利于与考试问题的情景