正负电荷沿相反方向运动形成的电流等效吗？——霍尔效应在高考题中的运用

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1、第36卷第8期物理教师V0L36NO．82015生PHYSICSTEACHER(2O15)·问题讨论·正负电荷沿相反方向运动形成的电流等效吗?——霍尔效应在高考题中的运用杨习志胡斌(昆明市第一中学，云南昆明650031)摘要：本文通过对霍尔电压形成原因的分析与计算，指出霍尔电压的正负与导体载流子的正负有关，进而得出正负电荷沿相反方向运动形成的电流在霍尔效应中并不等效，即使同样的电流，只要载流子不同，则霍尔电压将会不同．其次，具体讲解和分析了不同载流子情形下霍尔效应在高考题中的运用．关键词：等效电流；霍尔效应；磁流体发电上在中学物理关于电流方向的教学问题

2、中，一而发生偏转，进般教材都是这样定义电流方向的，即习惯上规定而在导体的上正电荷定向移动的方向为电流的正方向，与此同下表面堆积，形时，还会指出，由于等量的负电荷沿某一方向的成一个新的静运动等效于等量的正电荷沿相反方向的运动，故电场．同时，载负电荷形成的电流的方向与其运动的方向相反．流子自然会受下如果仅作为判断电流方向的等效，这毫无疑问是到新形成电场图1正确的，比如在电流的热效应、磁效应以及欧姆的静电力作用，定律等相关的计算中，是完全等效的，因此，很多且静电力的方向与磁场力的方向刚好相反．随着教材或参考书中指出，由于正负电荷沿相反方向上下表面的电荷逐渐增

3、加，静电场不断增强，直到运动形成的电流等效，故在研究电流的有关问题载流子受到的静电力等于磁场力，此时，载流子将时，可以把电流等效地看作是正电荷的运动，比不再发生偏转，于是在导体的上下表面就会形成如金属导体中的电流实际上是电子定向运动形一个稳定的电势差，即霍尔电压．成的，但可以把它看作是正电荷运动而形成的电设导体的流．但在某些问题中，即使是同方向的电流，只要电荷浓度为n，其形成电流的载流子不一样，则会导致完全不同载流子的电荷的结果，故正负电荷沿相反方向形成的电流并不量为q，移动速完全等效．度为72，导体沿1从霍尔效应看载流子对霍尔电压的影响磁场方向的宽下

4、1879年，美国物理学家霍尔(E．H．Hall，为d，垂直磁场图21855-1938)发现，当一块长方体导体(图1)通有方向的宽为L，恒定电流，并在垂直于电流的方向上外加一磁场，通有的电流为j，外加磁感应强度为B，则当_，洛一则会在导体的另一对侧面之间产生电势差，这个F电时，霍尔电压恒定，故有qBv=q_(TflTH，即UH—电势差就叫做霍尔电压，实验测定霍尔电压与导BL，又J一一一_nqSvt体的电流I成正比，与磁场B成正比，与导体沿磁-nqSv=nqdL，故rD场方向的宽度成反比，即U一k，其中是¨一盎，故U一'△是一有U一为霍尔系数，这一现象就称

5、为霍尔效应．志_IB如图1所示，霍尔电压的形成源于导体中的．从霍尔系数最一可以看出，霍尔电压载流子(可以是正电荷，也可以是负电荷，或者正己，n的正负取决于载流子的带电性质，若载流子带负电荷都有)在运动过程中会受到磁场力的作用正电．，则如图1所示，导体下表面的电势差为一49—V0L36NO．8物理教师第36卷第8期(2015)PHYSICSTEACHER2015正正，若载流子带负电，则如图2所示，导体上下表a、b是垂直于z轴方向上水槽的前后两内侧面，则面的电势差为负．故正负电荷沿相反方向运动形(A)a处电势高于b处电势．成的电流在霍尔效应中并不等效，下面

6、我们具体(B)a处离子浓度大于b处离子浓度．从霍尔效应在高考题中的运用来体会这一不同．(C)溶液的上表面电势高于下表面的电势．2霍尔效应在高考题中的运用(D)溶液的上表面处的离子浓度大于下表面情形1：单种载流子．处的离子浓度．例1．(20l3解析：在NaCI溶液中既有正离子，又有负离年重庆高考题)如子，再根据沿z轴正向的电流方向可以判断正离i图3所示，一段长子沿z轴正向运动，将受到指向a侧面的洛伦兹方体导电材料，左力，故向。侧面运动并堆积于a侧面．同理，负离右两端面的边长子沿z轴负向运动，仍将受到指向a侧面的洛伦为a和b，内有带图3兹力，故向a侧面运动

7、并堆积于a侧面．由于正负电荷量为q的某种自由运动电荷．导电材料置于离子均向a侧面堆积，故a、b两侧面的电势均为方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁0，但a侧面处离子浓度大于b侧面处离子浓度，故感应强度大小为B．当通以从左到右的稳恒电流I选项(B)正确．时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且情形3：霍尔电压公式推导及其综合运用．上表面的电势比下表面的低．由此可得该导电材例3．(2010料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的年北京高考题)利正负分别为用霍尔效应制作的霍尔元件以及d(A)(B)传感器，广泛应用(c)(D)于测量和自动控图5制等

8、领域．如图5所示，将一金属或半导体薄片垂解析：由于导体上表面电势比下表面低，即上直置于磁场B中