Question

10．如图所示，厚度为h、宽为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时电势差为U，电流I和B的关系为U=k$\frac{IB}{d}$，式中的比例系数k称为霍尔系数．
霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．
设电流I是由电子定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，回答下列问题：
（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势低于下侧面A的电势（填高于、低于或等于）．
（2）电子所受的洛伦兹力的大小为eBv．
（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力的大小为e$\frac{U}{h}$．

Answer 1

分析 （1）导体中电子受到磁场的洛伦兹力而发生偏转，A或A′聚焦了电子，产生电场，两侧面间就有电势差．由左手定则可判断出电子的偏转方向，从而判断A和A′两侧的电荷聚集情况，聚集正电荷的一侧电势高．
（2）电子所受的洛伦兹力的大小为F=eBv．
（3）电子所受静电力的大小为F=eE，E由E=$\frac{U}{h}$求出．

解答 解：（1）导体的电子定向移动形成电流，电子的运动方向与电流方向相反，电流方向向右，则电子向左运动．由左手定则判断，电子会偏向A端面，A′板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以上侧面A的电势低于下侧面A′的电势．
（2）电子所受的洛伦兹力的大小为：F_洛=eBv．
（3）电子所受静电力的大小为：F_静=eE=e$\frac{U}{h}$
故答案为：（1）低于；（2）eBv；（3）e$\frac{U}{h}$．

点评 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象．霍尔效应在新课标教材中作为课题研究材料，解答此题所需的知识都是考生应该掌握的．对于开放性物理试题，要有较强的阅读能力和获取信息能力．