霍尔效应习题的反思

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霍尔效应习题的反思

作者：罗志昌

来源：《知识文库》2016年第15期

习题教学是物理教学中的重要组成部分，在习题的选择上应突出“一个好的习题，就是一个科学问题”。学生是否会做题成为高中物理教学质量的重要评价指标之一，在习题教学中通过对所学知识的复述、深化和应用，使学生达到知识的巩固、内化，发展学生的认知结构，进而起到提高培养学生的分析问题和解决问题的能力；同时习题教学应注重学生解决问题的过程，关注对学生对物理思想的理解、对物理方法的掌握、对物理建模能力的培养以及良好思维习惯的养成。因此教师要对加强对典型习题的研究，用好习题课，努力提高物理教学的质量。

例1：磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能。图1是它的示意图，平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板问便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A，B就是一个直流电源的两个电极。

（1）图中A、B板哪一个是发电机的正极？（2）若A、B两板相距为d，板间的磁感应强度为B，等离子体以速度v，沿垂直于B的方向射入磁场，该发电机的电动势是多大？

解析：（1）当等离子体喷入磁场后.粒子将受到洛伦兹力的作用，由左手定则可以判断出正离子受到向下的作用力，打到B板上；负离子受到向上的作用力而打到A板上，A、B两板间便会产生电压。如果把A，B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。其中B 板相当于发电机的正极。A板相当于发电机的负极。（2）当正负离子分别打到两个极板上后，就会在A、B两板间形成电场。电场的方向由B板指向A板，A、B两板问的电压即为发电机的电动势（外电路断开）。离子在AB间受到电场力和洛伦兹力，电场力和洛伦兹力的方向相反，当它们相等时。离子将不再偏转。由Bqv= q得磁流体发电机的电动势U=Bdv。

通过上述的分析可知，磁流体发电机是利用了磁场对运动电荷的作用力，使正负粒子朝不同方向偏转从而在两极板间形成电势差。该题是以磁流体发电机为背景，通过对其工作原理的研究不难得出本题实际上是“霍尔效应”的具体应用。

拓展1：磁强计

例2：磁强计实际上是利用霍尔效应来测量磁感应强B的仪器.其原理可解释为：如图3所示，一块导体接上a、b、c、d四个电极，将导体放在匀强磁场之中，a、b间通过电流I，c、d 间就会出现电势差，只要测出c、d问的电势差U，就可测得B。

设c、d间电势差已达稳定，则U=E 既此时自由电荷受到的电场力与洛伦兹力相平衡，

qE=Bqv，式中v为自由电荷的定向移动速度，由此可知，B= 设导体中单位体积内的自由电荷