大学物理答案10

2022-04-11 10:08:21 第一文档网 [ 字体：小中大 ] [

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大学物理,答案

作业 10

1.如图10-1所示, 半导体薄片为N型，则a、b两点的电势差Uab [ ]。

A.小于零

B.等于零 C.大于零答案：【A】cccc

解：N型半导体是电子导电，电子在外电压的作用下，沿电流相反方向漂移。这一定向运动，在外磁



场的作用下，电子受到洛伦兹力，FevB，方向由b指向a，即电子还要向a端漂移。这样，在a端积聚负电荷，在b端积聚正电荷，形成一个由b指向a的横向电场，这一横向电场阻止电子向a端积聚。随着电子的积聚，横向电场越来越大，当电子受到的横向电场的

库仑力与电子受到的洛伦兹力达到平衡时，电子不再宏观的横向漂移，形成稳定的横向霍尔电场，在a、b两端形成稳定的霍尔电压。

由于b端是正电荷、a端是负电荷，所以，b端电势高、a端电势低。

2.如图10-2所示,半圆形线圈半径为R，通有电流I，在磁场B的作用下从图示位置转过

300时，它所受磁力距的大小和方向分别为[ ]。

R2IBA. ,沿图面竖直向下

4R2IBB. ,沿图面竖直向上

4

3R2IBC. , 沿图面竖直向下

43R2IBD. , 沿图面竖直向上

4

答案：【D】

解：载流线圈的磁矩为

1mISISnIR2n

2

载流线圈在磁场中受到的磁力矩为

12MmBIRnB

2



如图，在没有转动前，n垂直于纸面向外，与磁场垂直，载流线圈受到的磁力矩最大

1

MIR2B

2

方向为竖直向上，在这一磁力矩的作用下，线圈将转动。从上俯视，线圈逆时针转动。

当线圈转过30时，n与磁场成60角，则此时线圈受到的磁力矩为

0



0

132

MmBsin60R2IBsin60RIB

24

方向为：竖直向上（两个向量相乘）。如图，俯视图。

3.在一无限长刚性载流直导线产生的磁场中，把同样的载流导线分别从a处移到c处、从b处移到c处（a、b、c位置如图10-3所示）。在移动过程中导线之间保持平行，若两次移动磁力做的功分别记为Aac和Abc，则[ ]。 A. AacAbc0

B. AacAbc0 C. AacAbc D. AacAbc



答案：【B】 Fdr



解：由毕萨定律和安培力dFIdlB，可以判断出，

载流直导线受到的安培力指向圆心。因此，无论载流直导线从a移动c，还是从b移动c，安培力都作正功，不为零。

如图，从a移动c，安培力作功



dAacFdSFdrFdr；从b移动c，安培力作功



dAbcFdSFdScosFdr。

而从a移动c和从b移动c，矢径r的变化是一样



的，因此，两种情况，安培力作功相同。 4. 一长直导线载有10A的电流，在距它为a2cm处有一电子由于运动受洛仑兹力f的方向如图10-4所示，且f1.610



16

N。

设电子在它与GE组成的平面内运动，则电子的速率

 ，在图中画出的方向。

7

答案：v10m/s

解：电子在GE平面内运动，即速度与洛伦兹力在同一平面内。而G点的磁场方向垂直纸面（GE平面）向里，所以电子运动速

度与磁场垂直。



fqvB，fqvB

而G点的电磁感应强度为

0I410710

B104(T)

2a20.02

所以，电子的运动速率为

f1.61016

v107m/s 194

qB1.61010

由洛伦兹力公式，可以找出电子（带负电荷）在G点的速度方向，如图。可见，电子将逆时针旋转。

5.在空间有同样的三根直导线，相互间的距离相等，各通以同强度同方向的电流，设除了磁相互作用外，其他影响可忽略，则三条导线将运动。答案：向三角形中心运动。

解：如图，因为同向电流导线相吸引。所以，三条载流导线向三角形中心O运动。

6.厚度2cm的金属片，载有20A电流，处于磁感应强度为2.0T的均匀磁场中，（如图10-5所示），测得霍尔电势差为4.27V。（1）计算片中电子的漂移速度。（2）求带电电子的浓度。（3）a和b哪点电势较高？

（4）如果用P型半导体代替该金属片，a和b哪点电势高？

解：(1) 当稳定时，金属中自由电子所受磁场的洛仑兹力与霍尔电场库仑力平衡

VH

l

VH4.27106

vd

Bl2.02102 1.07104(m/s)(2)ab两端的霍尔电势差为

1IB

VH

neh

evdBeEHe得电子浓度为

n

IB

2.931028(1/m3)

eVHh





(3) 如图，在金属中，在外电场的作用下，自由电子的运动方向与电流的方向相反。由洛伦

兹力FqvBevB

可知，电子受到的洛伦兹力方向是由a指向b，电子向b端偏转。b端积聚负电荷，a端积聚正电荷。所以a点电势高，b点电势低。

(4)P型半导体是空穴导电，即正电荷导电，如图。正电荷空穴的运动方向与电流方向相同。洛伦兹力



FqvB，仍然是由a指向b，但此时是正电荷空穴向b端偏转，b端积聚正电荷，a端积聚负电荷。所以b点电势高，a点电势低。

7.一矩形线圈，边长为8cm和10cm，其中通10A电流，放在B0.5T的均匀磁场中，线圈平面与磁场方

向平行（10-6所示）。求：（1）线圈所受力矩的大小和方向；

（2）若此线圈受力矩作用转到线圈平面与磁场垂直的位置，力矩做功多少？

解：(1) 载流线圈在磁场中所受的磁力矩为

MmBISnB

当载流线圈平面与磁场平行时，载流线圈平面的法线



方向n与磁场垂直，磁力矩最大

MmBIl1l2B0.04(Nm)

方向：载流线圈平面的法线方向n垂直纸面向外，所以，磁力矩方向竖直向上。 (2) 在载流线圈转动过程中，磁力矩做的功等于：

AI(21) 这里：10；2BSBl1l2 所以：AIBS0.04J



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