涉及印染汙水流量計霍爾效應問（wèn）題易錯點的剖（pōu）析

摘要：介紹了學生學習霍（huò）爾效應（yīng）中的幾個易錯點：不同電性載流子（zǐ）對印染汙水流量計霍爾電壓的影響，現代科技中利用霍爾效應原理（lǐ）器材間的區別與聯（lián）係等，通過剖析，理順原理與關係。
涉及印染汙水流量計的霍（huò）爾效應的（de）問題，是近幾年（nián）高考物（wù）理命題的一個（gè）熱點。由於它與現代科技應用聯係緊密，是考查學（xué）生（shēng）運用物理知識解決實際問題能力（lì）的好素材。但教學（xué）中發現，學生對印染（rǎn）汙水流量計的霍爾效應問題的理解（jiě）存在一些（xiē）誤區，因而每當遇到此（cǐ）類問題時，常（cháng）常錯誤百出，根據學生（shēng）中存在的（de）問題，可歸納為以下（xià）幾種情況。易（yì）錯點１：正、負載流子（zǐ）對霍（huò）爾電壓的影響霍爾效應中，霍爾電壓的正負（fù）與載流子的電性有關，不像金屬導體，移動的隻是電子，它有多種情形。
情形１：單種載流子。如圖１所示，若載（zǎi）流子帶正（zhèng）電荷，則載（zǎi）流（liú）子在洛倫茲力作用下會向下偏轉，導體下表麵（miàn）積累正電荷。同時，上表麵失（shī）去正電荷而帶上負電，從而使下表麵電勢高於上表麵。

反之，如圖２所示，若載流子帶負電荷，則載流子在洛倫茲力作用下會向下偏轉，導體下表麵（miàn）積累負電荷。同時（shí），上表麵失去負電（diàn）荷而帶上（shàng）正電，從而使上（shàng）表麵電（diàn）勢（shì）高於下表麵。

可見，在（zài）磁場、電流方向（xiàng）相同的（de）情況下，單種（zhǒng）載（zǎi）流（liú）子電性相反（fǎn），則上下表麵的電勢高低也相反。
情形２：正、負載流子反向運動。如圖３所（suǒ）示，長方體玻璃水（shuǐ）槽中盛（shèng）有ＮａＣｌ的水溶液，水槽左、右側壁（bì）內側各裝一導體片，在溶（róng）液中通入水平向右（yòu）的電流，勻強磁場Ｂ垂直（zhí）紙麵向外。ＮａＣｌ溶液中既有正離子，又有負離子，根據左手定則可判斷正離子受到向下的洛倫茲力，故向下運動並堆積。同理，負離子也受到指向下的洛倫茲力，也向下運動並堆積。由於正負離子均向下側麵堆積，故上下兩側（cè）麵的（de）電勢（shì）均為零，但下側（cè）麵處離子濃度大於上側麵離子濃度。

情形３：正、負載流子（zǐ）同向運動。如圖４所示（shì），為了監測（cè）某化工廠的汙（wū）水排放量，技術人員在排汙管末端安裝（zhuāng）了流量計。上下兩內側麵（miàn）分別固（gù）定有金屬板作為電*，汙水充滿管口從左向右流經該裝置。汙水（shuǐ）向右流動（dòng），汙水中既有正（zhèng）離子，又有（yǒu）負離子，在磁場的作用下，根（gēn）據左手定（dìng）則（zé），正離子往下表麵偏，負離子往上表麵偏，故下（xià）表麵的電勢比上表麵（miàn）高。

情形２和情（qíng）形３對比發現，同樣有兩種電性（xìng）相反的載流子，由於運動方向不同，結果也完全不同（tóng）。可見，在分析印染汙水流量計霍爾電壓的問題時，*先應明確載流子的電性（xìng）和運（yùn）動方（fāng）向（xiàng），在（zài）此基礎上才能正確判斷其受力方向和偏轉（zhuǎn）方向（xiàng），進而確（què）定電勢的高低。
易錯點２：磁強計、印染汙水流量計、磁流體發電機、霍爾（ěr）元件間（jiān）的區別與（yǔ）聯係磁強計（jì）、印（yìn）染汙水流量計、磁流體發電機、霍爾元件都是利用電磁場對帶（dài）電粒子的偏轉效應，並且穩定時電場力與磁場（chǎng）力均達到平衡。很多學生容易將其（qí）混淆，遇到問（wèn）題常常搞（gǎo）不清原（yuán）理，亂（luàn）代公式，筆者特將４者涉（shè）及的公式及特點等做一對比區別如表１所示。

易錯點３：兩*板間的電場強度Ｅ＝Ｕ/ｄ中的Ｕ到底是電勢差還是電動勢？
粒子偏轉後，若兩*板間聚集等量的異種電荷，相當於一個電源，板（bǎn）間形成電場。穩（wěn）定（dìng）時，Ｆ電＝Ｆ磁。若與外電路接通，計算板間場強大小時，其（qí）Ｕ指電勢差還是（shì）電動勢？此時Ｆ電和Ｆ磁還相等嗎？以下題為例（lì）。

【例（lì）１】圖５為磁（cí）流體發電機示意圖。設兩金屬板間的距離為ｄ，兩*板（bǎn）間勻強磁場的磁感應強度為Ｂ。等離子體（tǐ）垂直進入磁（cí）場的速度為ｖ，單個（gè）離子所帶的電荷量為ｑ。離子通道（即兩（liǎng）*板內所圍成的（de）空間）的等效（xiào）電阻（zǔ）為ｒ，負（fù）載（zǎi）電阻為Ｒ。則下列判斷正確的是（shì）（　　）
Ａ。該發電機（jī）的電動勢Ｅ＝Ｂｄｖ
Ｂ。電阻（zǔ）Ｒ兩端（duān）的電壓為Ｂｄｖ
Ｃ。該發電機的輸出功率為Ｐ＝（Ｂ２ｄ２ｖ２）/Ｒ
Ｄ。兩板間（jiān）的電場強度Ｅ＝Ｂｖ
筆者發現，學生對選項Ａ和Ｂ問題不大（dà），根（gēn）據平衡條件（jiàn）和部分電路歐姆定律即可得出Ａ對，Ｂ錯。Ｃ容易出（chū）錯，疏忽了發電機的內電阻（zǔ），發動機（jī）的輸出功率（lǜ）：

選項Ｄ很糾結，究其原因，是對離子（zǐ）的受力情況和運動情況分析（xī）不透。
當外接電阻時，電荷在外電路中定向移動，板上電量減少，板（bǎn）間電壓減小，電場減弱，Ｆ電＜Ｆ磁。帶電粒子朝著磁（cí）場（chǎng）力的（de）方向偏轉，此時（shí）有新電荷不斷補充到兩*板，形成一種動態平衡（héng）。由Ｅｑ＜ｑｖＢ可得，兩板間的電勢差Ｕ＜Ｂｄｖ，故（gù）電場強（qiáng）度Ｅ＜Ｂｖ。選項Ｄ錯。
可見，隻有未（wèi）接外電路時（shí），兩板間的電場強度Ｅ＝Ｂｖ才成立。
通過以上歸（guī）類、對比和總結，幫助學生理清不同電性載流子對霍爾電勢差正負的影響，正確理解科技領域（yù）涉（shè）及印染汙水（shuǐ）流量計霍爾效應的測量儀器的原理及相互聯係，同時理清元件（jiàn）中涉及的各物理量間的關係，有助於學（xué）生更靈活地運用所學知識。
總之（zhī），在教學過程中善於發現、總結學生的易（yì）錯點，並設計針對性的教學環（huán）節，引導學生進行分析（xī）與討論，是提高（gāo）課（kè）堂（táng）教學效率（lǜ）的（de）有效途徑（jìng）之一。

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