题目内容

如图所示,厚度为h,宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感强度为B的均匀磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应,实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=KIB/d式中比例系数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,电量为e,回答下列问题:

(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势________下侧面的电势(填高于、低于或等于).

(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________.

(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为________.

(4)当静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系统为k=1/ne,其中n代表导体板单位体积中电子的个数.

答案:
解析:

  答案:(1)低于

  (2)eU/h(evB)

  (4)电子受到横向静电力横向静电力与洛伦兹力与洛伦兹力的作用,两力平衡,有eU/h=evB

  由上式,得U=hvB通过导体的电流密度I=neV·d·h,有U=kIB/d,有hvB=k·neVB·d·h/d得k=I/ne


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