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精英家教网霍尔式位移传感器的测量原理如图所示,有一个沿z轴方向的磁场,磁感应强度B=B0+kz(B0、k均为常数).将传感器固定在物体上,保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图所示),当物体沿z轴方向移动时,由于位置不同,霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同.则(  )
A、传感器灵敏度
△U
△z
与上、下表面的距离有关
B、当物体沿z轴方向移动时,上、下表面的电势差U变小
C、传感器灵敏度
△U
△z
与通过的电流有关
D、若图中霍尔元件是电子导电,则下板电势高
分析:霍尔元件中移动的是自由电子,自由电子受到洛伦兹力发生偏转,从而可知道上下表面电势的高低.上下两表面分别带上正负电荷,从而形成电势差,最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡.
解答:解:BC、最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c,
有q
U
c
=qvB,电流的微观表达式为I=nqvS=nqvbc,所以U=
BI
nqb
.I越大,上、下表面的电势差U越大.电流越大,上、下表面的电势差U越大,而沿z轴方向移动时,不影响电势差的变化.故B错误,C正确.
A、k越大,根据磁感应强度B=B0+kz,知B随z的变化越大,根据U=
BI
nqb
.知,U随z的变化越大,即传感器灵敏度(
△U
△z
)越高.故A正确.
D、霍尔元件中移动的是自由电子,根据左手定则,电子向下表面偏转,所以上表面电势高.故D错误.
故选:AC.
点评:解决本题的关键知道霍尔元件中移动的是自由电子,最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,上下表面形成稳定的电势差.
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