霍尔效应习题的反思

评价指标之一，在习题教学中通过对所学知识的复述、深化和应用，使学生达到知识的巩固、内化，发展学生的认知结构，进而起到提高培养学生的分析问题和解决问题的能力；同时习题教学应注重学生解决问题的过程，关注对学生对物理思想的理解、对物理方法的掌握、对物理建模能力的培养以及良好思维习惯的养成。因此教师要对加强对典型习题的研究，用好习题课，努力提高物理教学的质量。

例1：磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能。图1是它的示意图，平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板问便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A，B就是一个直流电源的两个电极。

（1）图中A、B板哪一个是发电机的正极？（2）若A、B两板相距为d，板间的磁感应强度为B，等离子体以速度v，沿垂直于B的方向射入磁场，该发电机的电动势是多大？

解析：（1）当等离子体喷入磁场后.粒子将受到洛伦兹力的作用，由左手定则可以判断出正离子受到向下的作用力，打到B板上；负离子受到向上的作用力而打到A板上，A、B两板间便会产生电压。如果把A，B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。其中B板相当于发电机的正极。A板相当于发电机的负极。（2）当正负离子分别打到两个极板上后，就会在A、B两板间形成电场。电场的方向由B板指向A板，A、B两板问的电压即为发电机的电动势（外电路断开）。离子在AB间受到电场力和洛伦兹力，电场力和洛伦兹力的方向相反，当它们相等时。离子将不再偏转。由Bqv= q得磁流体发电机的电动势U=Bdv。

通过上述的分析可知，磁流体发电机是利用了磁场对运动电荷的作用力，使正负粒子朝不同方向偏转从而在两极板间形成电势差。该题是以磁流体发电机为背景，通过对其工作原理的研究不难得出本题实际上是“霍尔效应”的具体应用。

拓展1：磁强计

例2：磁强计实际上是利用霍尔效应来测量磁感应强B的仪器.其原理可解释为：如图3所示，一块导体接上a、b、c、d四个电极，将导体放在匀强磁场之中，a、b间通过电流I，c、d间就会出现电势差，只要测出c、d问的电势差U，就可测得B。

设c、d间电势差已达稳定，则U=E 既此时自由电荷受到的电场力与洛伦兹力相平衡，qE=Bqv，式中v为自由电荷的定向移动速度，由此可知，B= 设导体中单位体积内的自由电荷数为n，则电流I=nqvS，式中S为导体横截面积，S= d。因此v= 。由此可知，B正比于U，只要装置先在已知磁场中定标，就可以通过测U来测量B的大小了。

磁强计是已知 ，d，I，通过测U来确定B的大小。

拓展2：电磁血流计

例3：医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图4所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160µV，磁感应强度的大小为0.040T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为（ ）

A. 1.3m/s ，a正、b负 B. 2.7m/s ， a正、b负

C.1.3m/s，a负、b正 D. 2.7m/s ， a负、b正

解析：依据左手定则，正离子在磁场中受到洛伦兹力作用向上偏，负离子在磁场中受到洛伦兹力作用向下偏，因此电极a、b的正负为a正、b负；当稳定时，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，则 ，可得 ，A正确。

电磁血流计是已知U，d，B，来确定v的大小。

从以上几个例子可以看出，此类习题情境设计注重加强物理与科技、生活、现代社会的联系，侧重考查学生运用所学物理知识解决科技、生活和社会中问题的能力，考查物理学科分析问题与解决问题的方法。

与之相关应用的习题很多，由于篇幅有限在此就不一一例举。

习题之多浩如烟海，而课堂时间是有限的，要提高效率，习题的质量是关键，要求习题精编精选，要关注习题的科学性、典型性，讲评的时候要能以点带面，精讲一道题，能让学生掌握一种类型的题型，进一步巩固所学知识。如何解决无限的习题与有限的时间的矛盾；如何在复习课中定位习题教学，并提高习题课的效率，把重复的、盲目的、低效的训练变为针对性强的、目标明确的、高效的练习。以点带面，深入浅出，切实提高物理习题教学的有效性，是每一位物理教师必须认真研究的一个课题。

（作者单位：福建省永安一中）

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