Question

11．如圖所示，一塊長度為a、寬度為b、厚度為d的金屬導(dǎo)體，當(dāng)加有與側(cè)面垂直磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，且通以圖示方向的電流I時，用電壓表測得導(dǎo)體上、下表面M、N間電壓為U，已知自由電子的電量為e，下列說法正確的是（　�。�

• A． 導(dǎo)體上表面M比下表面N電勢高
• B． 導(dǎo)體上表面M比下表面N電勢低
• C． 導(dǎo)體中自由電子定向移動的速度為$\frac{U}{Bd}$
• D． 導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為$\frac{BI}{eUd}$

Answer 1

分析 金屬導(dǎo)體是自由電子導(dǎo)電，電流方向向右，則電子向左定向移動，在磁場中受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則判斷電子所受的洛倫茲力方向，判斷哪個板聚集電子，再確定M、N兩板電勢的高低．電子定向移動相當(dāng)長度為d的導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E=Bdv，為電子定向移動的速率，電壓表的讀數(shù)U=E．根據(jù)電流的微觀表達式I=nevS，求解導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n．

解答 解：A、如題目圖，電流方向向右，電子定向移動方向向左，根據(jù)左手定則判斷可知，電子所受的洛倫茲力方向：向上，則M積累了電子，MN之間產(chǎn)生向上的電場，所以M板比N板電勢低，故A錯誤，B正確．
C、由U=E=Bdv，得自由電子定向移動的速度為v=$\frac{U}{Bd}$．故C正確．
D、電流的微觀表達式是I=nevS，則導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n=$\frac{I}{evS}$，S=db，v=$\frac{U}{Bd}$，
代入得n=$\frac{BI}{ebU}$．故D錯誤．
故選：BC．

點評 本題現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)，也可以從洛倫茲力與電場力平衡分析電壓表的示數(shù)，中等難度．