高中 | 洛伦兹力 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.5 运动电荷在磁场中受到的力

洛伦兹力

如图所示为由运算芯片$\rm LM393$和长方体霍尔元件组成的测量磁场的传感器,$\rm LM393$输出的交变电流经二极管整流后成为恒定电流$I$从霍尔元件的$A$端流入,从$F$端流出。磁感应强度为$B$的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面水平向左,用电压表测得$CD$端电压为$U$。已知霍尔元件的载流子为自由电子,单位体积的自由电子数为$n$,电子的电荷量为$e$,霍尔元件沿$AF$方向的长度为$y_{1}$,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

$C$端的电势低于$D$

","

若将电流和磁场都反向,则$C$端的电势低于$D$

","

其他条件不变,若只增大$\\rm LM393$输出电流$I$$CD$间的电压将增大

","

其他条件不变,若只增大霍尔元件沿$AF$方向的长度$y_{1}$$CD$间的电压将增大

"]
[["C"]]

$\rm A$.已知霍尔元件的载流子为自由电子,电流方向从$A$流向$F$,根据左手定则可得电子偏向$D$端,则$C$端的电势高于$D$端,故$\rm A$错误;

$\rm B$.若将电流和磁场都反向,则电场方向不变,所以$C$端的电势仍然高于$D$端,故$\rm B$错误;

$\rm CD$.设霍尔元件沿$CD$方向的长度为$x$,沿磁场方向的长度为$h$,根据电场力与洛伦兹力平衡可得$evB=\dfrac{U}{x}e$

根据电流微观表达式可得$I=nevhx$

可得$U=\dfrac{BI}{neh}$

由此可知,若只增大$\rm LM393$输出电流$I$$CD$间的电压将增大,若只增大霍尔元件沿$AF$方向的长度$y_{1}$$CD$间的电压将不变,故$\rm C$正确,$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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