17.(北京卷)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至于磁场B中,在薄片的两个侧面间通以电

时,另外两侧间产生电势差,这一现象称霍尔效应。其原因是薄片中的移动

电荷受洛伦兹力的作用相一侧偏转和积累,于是间建立起电场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,U

H的大小与以及霍尔元件厚度之间满足关系式,其中比例系数R

H称为霍尔系数,仅与材料性质有关。

(1)设半导体薄片的宽度(间距)为,请写出UH和EH的关系式;若半导体

材料是电子导电的,请判断图1中哪端的电势高;

(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,请导出霍

尔系数RH的表达式。(通过横截面积S的电流,其中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像如图3所示。

a.若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为,请导出圆盘转速的表达式。

b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除除此之外,请你展开“智慧的翅膀”,

提出另一个实例或设想。

解析:

(1)由                            ①

得                                   ②

当电场力与洛伦兹力相等时                    ③

得                                 ④   

将  ③、④代入②,

得    

(2) a.由于在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,则

           P=mNt

圆盘转速为      N=

b.提出的实例或设想    

11.(四川卷)24.(19分)如图所示,直线形挡板p1p2p3与半径为r的圆弧形挡板p3p4p5

滑连接并安装在水平台面b1b2b3b4上,挡板与台面均固定不动。线圈c1c2c3的匝数为n,

其端点c1、c3通过导线分别与电阻R1和平行板电容器相连,电容器两极板间的距离为

d,电阻R1的阻值是线圈c1c2c3阻值的2倍,其余电阻不计,线圈c1c2c3内有一面积为S、

方向垂直于线圈平面向上的匀强磁场,磁场的磁感应强度B随时间均匀增大。质量为m

的小滑块带正电,电荷量始终保持为q,在水平台面上以初速度v0从p1位置出发,沿挡

板运动并通过p5位置。若电容器两板间的电场为匀强电场,p1、p2在电场外,间距为L,

其间小滑块与台面的动摩擦因数为μ,其余部分的摩擦不计,重力加速度为g.

求:

(1)小滑块通过p2位置时的速度大小。

(2)电容器两极板间电场强度的取值范围。

(3)经过时间t,磁感应强度变化量的取值范围。

解析:

(1)小滑块运动到位置p2时速度为v1,由动能定理有:

-umgL=                                 

v1                                       

(2)由题意可知,电场方向如图,若小滑块能通过位置p,则小滑块可沿挡板运动且通过位置p5,设小滑块在位置p的速度为v,受到的挡板的弹力为N,匀强电场的电场强度为E,由动能定理有:

-umgL-2rEqs=               ③

当滑块在位置p时,由牛顿第二定律有:N+Eq=m          

由题意有:N≥0          

由以上三式可得:E≤                        

E的取值范围:0< E≤             ⑦

(3)设线圈产生的电动势为E1,其电阻为R,平行板电容器两端的电压为U,t时间内磁感应强度的变化量为B,得:                  ⑧

U=Ed

由法拉第电磁感应定律得E1=n      ⑨

由全电路的欧姆定律得E1=I(R+2R)       ⑩

           U=2RI

经过时间t,磁感应强度变化量的取值范围:0<

 0  352278  352286  352292  352296  352302  352304  352308  352314  352316  352322  352328  352332  352334  352338  352344  352346  352352  352356  352358  352362  352364  352368  352370  352372  352373  352374  352376  352377  352378  352380  352382  352386  352388  352392  352394  352398  352404  352406  352412  352416  352418  352422  352428  352434  352436  352442  352446  352448  352454  352458  352464  352472  447090 

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