高中 | 霍尔元件 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

霍尔元件

利用霍尔效应传感器可以设计出自行车速度计。如图甲所示,一块磁铁安装在自行车前轮上,轮子每转一圈,这块磁铁就靠近传感器一次,传感器会输出一个脉冲电压。如图乙所示,为霍尔元件的工作原理图,电源输出电压为$U_{1}$。当磁场靠近霍尔元件时,在导体前后表面间出现电势差,称为霍尔电势差$U_{2}$。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

图乙中霍尔元件的载流子带正电

","

自行车的车速变大,霍尔电势差$U_{2}$不变

","

传感器的电源输出电压变小,霍尔电势差$U_{2}$变大

","

已知自行车车轮的半径,再根据霍尔电势差$U_{2}$的大小,即可求得车速大小

"]
[["B"]]

$\rm A$.根据电流方向及左手定则可以判定该霍尔元件载流子为负电荷,$\rm A$错误;

$\rm B$.设霍尔元件的长为$a$,宽为$b$,高为$c$,稳定后电荷所受电场方和洛伦兹力平衡,即$qv'B=q\dfrac{U_{2}}{b}$

解得$U_{2}=Bbv'$

由电流微观表达式

$I=nqSv'$$n$是是霍尔元件内的载流子数,$q$是单个载流子所带的电量,$S$是导体的横截面积,$v'$是载流子的运动速度,整理得$U_{2}=\dfrac{IB}{nqc}$

由于电流强度$I$和磁感强度$B$不变,因此霍尔电势差$U_{2}$与车速大小无关,$\rm B$正确;

$\rm C$.由$U_{2}=\dfrac{IB}{nqc}$

可知,若传感器的电源电压$U_{1}$变小,那么电流$I$减小,则霍尔电势差$U_{2}$将减小,$\rm C$错误;

$\rm D$.根据霍尔电势差$U_{2}$的大小,不能求出单位时间内的脉冲数,因此不能求得车的速度大小,$\rm D$错误。

故选:$\rm B$

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