Question

据报道，我国实施的“双星”计划所发射的卫星中放置一种磁强计（霍尔元件传感器），用于测定地磁场的磁感应强度等研究项目．磁强计的原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、电流强度为I的电流．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e．金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U．则：
（1）金属导体前后两个侧面哪个电势较高？
（2）求磁场磁感应强度B的大小．

Answer 1

分析：电子定向移动形成电流，根据电流的方向得出电子定向移动的方向，根据左手定则，判断出电子的偏转方向，在前后两侧面间形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下平衡，根据平衡求出磁感应强度的大小．

解答：解：（1）电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向前表面偏转，则前表面带负电，后表面失去电子带正电，后侧面的电势较高．                               
（2）当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向前侧面偏转，使得前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差．因而可得e?

U

a

=Bev
q=n（abvt）e
I=

q

t

=nevs
由以上几式解得磁场的磁感应强度 B=

nebU

I

．
答：（1）后侧面的电势较高．
（2）磁场磁感应强度B的大小为B=

nebU

I

．

点评：解决本题的关键会利用左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道稳定时电荷所受的洛伦兹力和电场力平衡．