Question

9．中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子反常霍爾效應(yīng)，楊振寧稱這一發(fā)現(xiàn)是諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的成果．如圖所示，厚度為h，寬度為d的金屬導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，在導(dǎo)體上下表面會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)．已知電流的微觀表達(dá)式I=nsev，下列說法正確的是（　　）

• A． 上表面的電勢(shì)高于下表面電勢(shì)
• B． 僅增大h時(shí)，上下表面的電勢(shì)差增大
• C． 僅增大d時(shí)，上下表面的電勢(shì)差減小
• D． 僅增大電流I時(shí)，上下表面的電勢(shì)差增大

Answer 1

分析 金屬導(dǎo)體中移動(dòng)的是自由電子，根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力的方向，從而得出電子的偏轉(zhuǎn)方向，比較出電勢(shì)的高低．最終電子受洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡，根據(jù)平衡得出電勢(shì)差的大小表達(dá)式進(jìn)行討論．

解答 解：A、根據(jù)左手定則，知自由電子向上偏轉(zhuǎn)，則上表面帶負(fù)電，下表面帶正電，下表面的電勢(shì)高于上表面．故A錯(cuò)誤；
B、根據(jù)evB=e$\frac{U}{h}$，解得U=vBh，根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I=nesv，故U=$\frac{I}{nes}$Bh=$\frac{IB}{ned}$，知增大h，上下表面的電勢(shì)差不變，與h無關(guān)．故B錯(cuò)誤；
C、根據(jù)evB=e$\frac{U}{h}$，解得U=vBh，根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I=nesv，故U=$\frac{I}{nes}$Bh=$\frac{IB}{ned}$，知僅增大d時(shí)，上下表面的電勢(shì)差減小，故C正確；
D、根據(jù)evB=e$\frac{U}{h}$，解得U=vBh；根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I=neSv，電流I越大，電子的速度越大，故上下表面的電勢(shì)差越大，故D正確；
故選：CD．

點(diǎn)評(píng) 所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象．霍爾效應(yīng)在新課標(biāo)教材中作為課題研究材料，解答此題所需的知識(shí)都是考生應(yīng)該掌握的．對(duì)于開放性物理試題，要有較強(qiáng)的閱讀能力和獲取信息能力．