Question

（10分）如圖所示，一塊銅塊左右兩面接入電路中。有電流I自左向右流過銅塊，當一磁感應強度為B的勻強磁場垂直前表面穿入銅塊，從后表面垂直穿出時，在銅塊上、下兩面之間產(chǎn)生電勢差，若銅塊前、后兩面間距為d，上、下兩面間距為l。銅塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，電子電量為e，求銅板上、下兩面之間的電勢差U為多少？并說明哪個面的電勢高。

Answer 1

解析：

銅塊的電流的方向向右，銅塊內(nèi)的自由電子的定向移動的方向向左。用左手定則判斷：四指指向電子運動的反方向，磁感線穿過手心，大拇指所指的方向為自由電子的受力方向。圖為自由電子受力的示意圖。

隨著自由電子在上極板的聚集，在上、下極板之間形成一個“下正上負”的電場，這個電場對自由電子產(chǎn)生作用力，作用力方向與自由電子剛進入磁場時所受的洛侖茲力方向相反。當電場強度增加到使電場力與洛侖茲力平衡時，自由電子不再向上表面移動。在銅塊的上、下表面形成一個穩(wěn)定的電勢差U。研究電流中的某一個自由電子，其帶電量為e，根據(jù)牛頓第二定律有

由電流的微觀表達式I=neSv=nedlv。

錯解：

電流自左向右，用左手定則判斷磁感線穿過手心四指指向電流的方向，正電荷受力方向向上，所以正電荷聚集在上極板。

隨著正負電荷在上、下極板的聚集，在上、下極板之間形成一個電場，這個電場對正電荷產(chǎn)生作用力，作用力方向與正電荷剛進入磁場時所受的洛侖茲力方向相反。當電場強度增加到使電場力與洛侖茲力平衡時，正電荷不再向上表面移動。在銅塊的上、下表面形成一個穩(wěn)定的電勢差U。研究電流中的某一個正電荷，其帶電量為q，根據(jù)牛頓第二定律有

由電流的微觀表達式I=nqSv

由幾何關(guān)系可知 S=dl

錯解原因：

上述解法錯在對金屬導電的物理過程理解上。金屬導體中的載流子是自由電子。當電流形成時，導體內(nèi)的自由電子逆著電流的方向做定向移動。在磁場中受到洛侖茲力作用的是自由電子。