當(dāng)前位置： 2021年北京市昌平區(qū)高考物理一模試卷> 試題詳情

利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。

（1）如圖1，將一半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場(chǎng)B中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面a、b間通以電流I時(shí)，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中能夠自由移動(dòng)的電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是在c、f間產(chǎn)生霍爾電壓U_H。已知半導(dǎo)體薄片的厚度為d,自由電荷的電荷量為q,求薄片內(nèi)單位體積中的自由電荷數(shù)n；
（2）利用霍爾元件可以進(jìn)行微小位移的測(cè)量。如圖2所示，將兩塊完全相同的磁體同極相對(duì)放置，在兩磁體間的縫隙中放入圖1所示的霍爾元件，當(dāng)霍爾元件處于中間位置時(shí)，霍爾電壓U_H為0，將該點(diǎn)作為位移的零點(diǎn)。當(dāng)霍爾元件沿著x軸方向移動(dòng)時(shí)，則有霍爾電壓輸出。若該霍爾元件是電子導(dǎo)電的，在霍爾元件中仍通以由a向b的電流，那么如何由輸出的霍爾電壓判斷霍爾元件由中間位置沿著x軸向哪個(gè)方向移動(dòng)？請(qǐng)分析說明；
（3）自行車測(cè)速碼表的主要工作傳感器也是霍爾傳感器。如圖3，霍爾元件固定在自行車前叉一側(cè)，一塊強(qiáng)磁鐵固定在一根輻條上。當(dāng)強(qiáng)磁鐵經(jīng)過霍爾元件時(shí)，使其產(chǎn)生電壓脈沖。已知自行車在平直公路上勻速行駛，車輪與地面間無滑動(dòng)，車輪邊緣到車軸的距離為r。
a.若單位時(shí)間內(nèi)霍爾元件檢測(cè)到m個(gè)脈沖，求自行車行駛的速度大小v；
b.圖4中的兩幅圖哪個(gè)可以大致反映自行車正常行駛過程中車輪邊緣一點(diǎn)相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)軌跡？請(qǐng)說明理由。

【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件．

【答案】見試題解答內(nèi)容

【解答】

【點(diǎn)評(píng)】

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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：245引用：2難度：0.4

相似題

1．某型號(hào)智能水表的核心部件是電磁流量傳感器，它的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。電磁流量傳感器的測(cè)量管是一內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金短管，兩只電極沿管徑方向穿通管壁固定在測(cè)量管上，其電極頭與襯里內(nèi)表面基本齊平，與測(cè)量管軸線垂直的方向上加勻強(qiáng)磁場(chǎng)，從而可以測(cè)量水流流量。其基本原理如圖甲所示，某段監(jiān)測(cè)的水管可視為規(guī)則的圓柱體模型，在水平管徑a、b處固定兩塊豎直正對(duì)的金屬電極板（未畫出，電阻不計(jì)），勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下，當(dāng)水中的正負(fù)離子隨水一起從左至右水平流動(dòng)時(shí)，在a、b電極間產(chǎn)生電勢(shì)差。

（1）若a、b電極間的電勢(shì)差為U，a、b電極板間的距離為d,勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，水管壁厚度不計(jì)，請(qǐng)用上述物理量表示水流速度的表達(dá)式為
；
（2）為了測(cè)量水流流量（流量為單位時(shí)間內(nèi)流過的流體體積），某研究性學(xué)習(xí)小組在a、b間設(shè)計(jì)了如圖乙所示的測(cè)量電路。閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，讀取多組靈敏電流計(jì)G的讀數(shù)I和電阻箱的示數(shù)R，繪制出
1
I
-R圖像為一條傾斜的直線，已知該直線的斜率為k,縱截距為b,如圖丙所示。
①與靈敏電流計(jì)G“+”接線柱相連的是圖甲中的
電極板（選填“a”或b”）。
②已知靈敏電流計(jì)G的內(nèi)阻為R_g，則a、b電極板間的電動(dòng)勢(shì)為
，a、b電極板間的接入電路的電阻為
，水流的流量為
（用題中的字母k、b、R_g、B、d表示）。
發(fā)布：2024/11/15 5:30:1組卷：90引用：2難度：0.7
解析
2．筆記本電腦趨于普及，電腦機(jī)身和顯示屏對(duì)應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件。當(dāng)顯示屏開啟時(shí)磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，電腦正常工作；當(dāng)顯示屏閉合時(shí)磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進(jìn)入休眠狀態(tài)。如圖，一塊寬為a、長(zhǎng)為c的矩形半導(dǎo)體霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為e的自由電子，通入方向向右的電流時(shí)，電子的定向移動(dòng)速度為v。當(dāng)顯示屏閉合時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此控制屏幕的熄滅。則關(guān)于元件的說法正確的是（　?。?/h2>
A．前表面的電勢(shì)比后表面的高
B．前、后表面間的電壓U與v有關(guān)
C．前、后表面間的電壓U與c成正比
D．自由電子受到的洛倫茲力大小為
e
U
c
發(fā)布：2024/11/16 20:30:1組卷：246引用：3難度：0.6
解析
3．如圖所示，長(zhǎng)方體發(fā)電導(dǎo)管的前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體，上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可忽略的導(dǎo)體電極，兩極間距為d,矩形極板長(zhǎng)和寬分別為a、b,這兩個(gè)電極與可變電阻R相連。在垂直前后側(cè)面的方向上，有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)有電阻率為ρ的高溫等離子體以速度v向右流動(dòng)，并通過專用管道導(dǎo)出。由于運(yùn)動(dòng)的等離子體受到磁場(chǎng)的作用，將產(chǎn)生大小不變的電動(dòng)勢(shì)。若不計(jì)粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，由以上條件可推導(dǎo)出可變電阻消耗的電功率P；調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，可求得可變電阻R消耗最大電功率P_m，關(guān)于P_m和P的表達(dá)式正確的是（　　）
A．
P
m
=
v
2
B
2
da
4
ρ
B．
P
m
=
v
2
B
2
dab
4
ρ
C．
P
=
（
v
B
da
R
ab
+
ρd
）
2
R
D．
P
=
（
v
B
db
R
ab
+
ρd
）
2
R
發(fā)布：2024/11/16 16:0:1組卷：151引用：1難度：0.6
解析

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A． P m = v 2 B 2 da 4 ρ	B． P m = v 2 B 2 dab 4 ρ
C． P = （ v B da R ab + ρd ） 2 R	D． P = （ v B db R ab + ρd ） 2 R