(6分)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件…——2019 高考物理第 4 题答案解析

2019_天津卷

2019 天津 第 4 题 单选题 区分题
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4.(6分)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的(  )

A. 前表面的电势比后表面的低
B. 前、后表面间的电压U与v无关
C. 前、后表面间的电压U与c 成正比
D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为 $\frac { e U } { \alpha }$
参考答案

D

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【考点】CO:霍尔效应及其应用

【专题】32:定量思想;43:推理法;537:带电粒子在复合场中的运动专题;62:推理能力

【分析】金属导体是自由电子导电,电流方向向右,则电子向左定向移动,在磁场中受到洛伦兹力发生偏转,根据左手定则判断电子所受的洛伦兹力方向,判断哪个表面聚集电子,再确定M、N 两板电势的高低;根据洛伦兹力等于电场力分析解答。

【解答】解:A、电流方向向右,电子向左定向移动,根据左手定则判断可知,电子所受的洛伦兹力方向向里,则后表面积累了电子,前表面的电势比后表面的电势高,故A 错误;

BC、由电子受力平衡可得 $\mathrm { e } { \frac { U } { \alpha } } = \mathrm { e v B }$ ,解得U=Bva,所以前、后表面间的电压 U 与v成正比,前、后表面间的电压U与c 无关,故BC错误;
D、稳定时自由电子受力平衡,受到的洛伦兹力等于电场力,即 $\mathrm { e v B } = \mathrm { e } { \frac { U } { \alpha } } ,$ ,故D正确;故选:D。

【点评】本题现象称为霍耳效应,易错点在于利用左手定则判断电荷的移动,从而判断后面的电势高。该题比较容易错选A。

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