题目内容

13.如图所示为一块长为a,宽为b,厚为c的金属霍尔元件放在直角坐标系中,电流为I,方向沿x轴正方向,强度为B的匀强磁场沿y轴正方向,单位体积内自由电子数为n,自由电子的电量为e,与z轴垂直的两个侧面有稳定的霍尔电压.则下表面 电势高(填“上表面”或“下表面”),霍尔电压UH=$\frac{BI}{nec}$.

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,在上下两面间形成电势差,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:电子定向移动的方向沿x轴负向,所以电子向上表面偏转,则上表面带负电,下表面失去电子带正电,下表面的电势较高,
当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向上表面偏转,使得上下两面间产生电势差,当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时,上下表面间产生恒定的电势差.因而可得$\frac{eU}{b}$=Bev,
根据电量表达式,q=n(cbvt)e;
且I=$\frac{q}{t}$=nevcb;
解得:UH=$\frac{BI}{nec}$;
故答案为:下表面,$\frac{BI}{nec}$.

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.

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