涉及甲苯流量計（jì）霍爾效應問題易錯點的剖析

摘要（yào）：介紹了學生學習（xí）霍爾效應（yīng）中的幾個易錯點：不同（tóng）電性載流子對甲苯流量計霍爾電壓的影響，現代科技中利（lì）用霍爾效應原（yuán）理器材（cái）間的區別與聯係等，通過剖析，理順原理與關係。
涉及甲苯流量計的霍爾效應的問題，是近幾年（nián）高（gāo）考物理命題的一個熱點。由於（yú）它與現（xiàn）代科技應用聯係緊密，是考查學生運用物理知識解決實際問題能力的好素（sù）材。但教學中發現，學生對甲苯流量計的霍爾效應問題的理解存在（zài）一些誤區，因而每當遇到此類問題時，常常錯誤百出，根據學生中存在（zài）的問題，可歸納為以下幾種情況。易錯點（diǎn）１：正、負載流子對霍爾電壓（yā）的影響霍爾效應中，霍爾電壓的正負與載（zǎi）流子的電性有關，不像金（jīn）屬導體，移（yí）動的隻是電子，它（tā）有多種情形。
情形１：單種載流子。如圖１所示，若載流子帶正電荷（hé），則載流子在洛倫茲力作用下會向下偏轉，導體下表麵積累正電荷。同時，上表麵失去正電荷而帶上負電（diàn），從而使下表麵電勢高於上表（biǎo）麵。

反之，如圖２所示，若載流子帶負電荷，則載流（liú）子在洛（luò）倫（lún）茲力作用下會向下（xià）偏轉，導體（tǐ）下表麵積累負電荷。同時，上表麵（miàn）失去負電（diàn）荷而（ér）帶上正電，從而（ér）使上表麵電勢（shì）高於下表麵。

可見（jiàn），在磁場、電流方向相同的情況下，單種載流子電性（xìng）相反，則上下表麵的電勢高低也（yě）相反。
情形２：正、負載流子反向運動。如圖３所示，長方體玻璃水槽中（zhōng）盛有ＮａＣｌ的水溶液，水槽左、右側壁內側各裝一導體片，在溶液中通入水平（píng）向右的電流（liú），勻強磁場Ｂ垂直紙麵向外。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（gù）向下運動並堆積。同理，負離子也（yě）受到指向下的（de）洛倫茲力，也向下運動並堆積。由於（yú）正負（fù）離子均向下側麵（miàn）堆積，故上下兩側麵的電勢均（jun1）為零，但下側麵（miàn）處離（lí）子濃度大於上側麵離子濃度。

情形３：正、負載（zǎi）流（liú）子（zǐ）同向運動。如圖４所示，為了監測某化工廠的汙水排（pái）放量（liàng），技術人員在排汙管末端安裝了流量計。上下兩內側麵分別固定有金屬板作為電*，汙水充滿管口從左向（xiàng）右流經該裝置。汙水向右流動，汙水中既有正離子，又有負離子，在磁場的作用下，根據左手定則，正離子往下表麵偏，負離子往上表麵偏，故下表麵的電（diàn）勢比上表麵高。

情形２和情形３對比發現，同樣有兩（liǎng）種電性相反的載流子，由（yóu）於運動方向不（bú）同，結（jié）果也完全不同。可見，在（zài）分析甲（jiǎ）苯流量（liàng）計（jì）霍爾電壓的問題時，*先（xiān）應明確載流（liú）子的（de）電性和（hé）運動方向，在此基礎上（shàng）才（cái）能正確判斷其受力方向和偏轉方向，進而確定電勢的高低。
易錯點２：磁強計（jì）、甲苯流量計、磁流體發電機、霍爾元件間的區別與聯（lián）係磁強計、甲苯流量計、磁流體發電機、霍爾（ěr）元件都是（shì）利用電磁場對帶電粒子的偏轉效應，並（bìng）且（qiě）穩定時電場力與磁場力均達（dá）到平衡。很多學生容易將其混淆（xiáo），遇到（dào）問題常常搞不清原理，亂（luàn）代公式，筆者特將４者涉及的公式及特點等做一對比區別（bié）如（rú）表１所示。

易（yì）錯點（diǎn）３：兩*板間的（de）電場強度（dù）Ｅ＝Ｕ/ｄ中的Ｕ到底是電勢差還是電動勢？
粒子偏轉後（hòu），若兩*板間聚集等量的異種電荷，相當（dāng）於一個電源，板間形成電場。穩定時，Ｆ電＝Ｆ磁。若與外電路接通，計算板間（jiān）場強大小時，其Ｕ指電（diàn）勢差還（hái）是（shì）電動勢？此時Ｆ電和Ｆ磁（cí）還相等嗎？以下題為例。

【例１】圖５為磁流體發電機示意圖。設兩金屬板間的距離為ｄ，兩*板間（jiān）勻強（qiáng）磁場的磁感應強（qiáng）度為Ｂ。等離子體垂（chuí）直進入磁場的速度為ｖ，單個離子所帶的電荷量為ｑ。離子通道（即兩*板內所圍成的空（kōng）間）的等效電阻為ｒ，負載電阻為Ｒ。則下列（liè）判斷正確的是（　　）
Ａ。該發電機的電動勢Ｅ＝Ｂｄｖ
Ｂ。電阻（zǔ）Ｒ兩端的（de）電壓為Ｂｄｖ
Ｃ。該發電機的輸出功（gōng）率為Ｐ＝（Ｂ２ｄ２ｖ２）/Ｒ
Ｄ。兩板間的電場強度Ｅ＝Ｂｖ
筆者發現，學生對（duì）選項Ａ和Ｂ問題不大，根據平衡條件和部分電路歐（ōu）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（nèi）電阻，發動機的輸出功率：

選項Ｄ很糾結，究其原因，是（shì）對離子的受力情（qíng）況和運動（dòng）情況（kuàng）分（fèn）析不透。
當外接電阻時，電荷在外電路中定向移動，板上（shàng）電（diàn）量減少，板（bǎn）間電壓減小，電場減弱，Ｆ電＜Ｆ磁（cí）。帶電粒子朝著磁場力的方向偏轉（zhuǎn），此時有新電荷不斷補充到兩*板，形（xíng）成一種動（dòng）態平衡。由Ｅｑ＜ｑｖＢ可得，兩板間的（de）電（diàn）勢差Ｕ＜Ｂｄｖ，故（gù）電場強度（dù）Ｅ＜Ｂｖ。選項Ｄ錯。
可見，隻有未接外電路時，兩板間的電（diàn）場強度Ｅ＝Ｂｖ才成立。
通過以上歸類、對比和總結，幫助學生（shēng）理清不同電性載流（liú）子對霍爾電勢差正負的影響，正確理解科技領域涉及甲苯流（liú）量計霍爾效應的測量儀器（qì）的原理及相互聯係，同時（shí）理清（qīng）元件中涉及的（de）各物（wù）理量間的（de）關係，有助（zhù）於學（xué）生更靈活地運用所學知識。
總之，在教學過程中（zhōng）善（shàn）於發現、總結學生的易錯點，並設計針對性的（de）教（jiāo）學環節，引導（dǎo）學生進行分析與討論，是提高課堂教學效率的有效途徑之一。

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