题目内容
3．利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场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、f间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差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$\frac{IB}{d}$，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l，写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，判断图1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，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）；
（3）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反．霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近．当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图3所示．若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，导出圆盘转速N的表达式．
分析 （1）、由左手定则可判断出电子的运动方向，从而判断f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．
（3）、由转速时间以及圆盘的周边永久磁体的个数，可表示出霍尔元件输出的脉冲数目，从而表示出圆盘转速．
解答 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）、由题意得：${U}_{H}={R}_{H}\frac{IB}{d}$…①
解得：${R}_{H}={U}_{H}\frac{d}{IB}={E}_{H}l\frac{d}{IB}$…②
当电场力与洛伦兹力平衡时，有eEh=evB
得：EH=vB…③
又有电流的微观表达式：I=nevS…④
将③、④带入②得：
${R}_{H}=vBl\frac{d}{IB}=vl\frac{d}{nevS}=\frac{ld}{neS}\;=\frac{1}{ne}$
（3）、a．由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则有：
P=mNt
圆盘转速为 N=$\frac{P}{mt}$
答：（1）、c端电势高．
（2）、霍尔系数的表达式为$\frac{1}{ne}$．
（3）、圆盘转速的表达式为 N=$\frac{P}{mt}$．
点评 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．
本题能力考查层次是推理能力+应用能力（将较复杂的问题分解为几个较简单的问题，并找出它们之间的联系．）+应用能力（对问题进行合理的简化，找出物理量之间的关系，利用恰当的数学表达方式进行分析、求解，得出物理结论）．
本题延续了近年来此类联系实际试题的特点，要求考生在对试题进行理论研究的同时，通过开放式的设问，让学生尝试着应用与题目相关的知识内容解决实际问题，或提出自己的设想，或对计算的结果进行评价．应该说这样的设问的设计，既能充分体现课改的基本理念，又能对中学物理教学起到良好的导向作用，同时试题也具体很好的区分度．
阅读快车系列答案| A． | ${\;}_{2}^{3}$He的原子核内有三个中子两个质子 | |
| B． | ${\;}_{2}^{3}$He的原子核内有一个中子两个质子 | |
| C． | ${\;}_{2}^{3}$He发生聚变，放出能量，一定会发生质量亏损 | |
| D． | ${\;}_{2}^{3}$He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起 |
| A． | 要使放在河中的纸船逐渐靠近河岸，可向比纸船更远处投掷石子形成水波 | |
| B． | 两个在水中潜泳并且靠得较近的运动员能听到对方发出的声音是声波在液体中传播的应用 | |
| C． | 光缆是利用机械波传递信息 | |
| D． | 宇航员在宇宙飞船里，击打船壁只能引起机械振动，不能形成声波 |
| A． | 感应电动势的大小与线圈的匝数有关 | |
| B． | 穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 | |
| C． | 感应磁场方向与原磁场方向一定相同 | |
| D． | 穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 |
一宇宙人在太空（那里重力可以忽略不计）玩垒球．辽阔的太空球场半侧为均匀电场，场强为E，另半侧为均匀磁场，磁感应强度为B，电场和磁场的分界面为平面，电场方向与界面垂直，磁场方向垂直纸面向里．宇宙人位于电场一侧的P点，O点是P点至界面垂线的垂足，如图所示，现有三个质量相等的垒球，其中垒球1号与垒球2号带电量相同（带负电），垒球3号不带电．且宇宙人每次都是从同一点P投出垒球．宇宙人先在P点由静止释放垒球1号，间隔时间T后以一定初速度v1水平向左抛出垒球2号，垒球2号第一次到达界面时刚好与第二次到达界面的垒球1号相碰．
如图所示，小车与木箱紧挨着静止放在光滑的水平冰面上，现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱．关于上述过程，下列说法中正确的是（ ）| A． | 男孩和木箱组成的系统动量守恒 | |
| B． | 小车与木箱组成的系统动量守恒 | |
| C． | 男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒 | |
| D． | 木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量不同 |
| A． | 两侧轨道对轮缘都没有挤压力 | B． | 内侧轨道对轮缘有挤压力 | ||
| C． | 外侧轨道对轮缘有挤压力 | D． | 两侧轨道对轮缘都有挤压力 |