霍爾效應習題的反思

習題教學是物理教學中的重要組成部分，在習題的選擇上應突出“一個好的習題，就是一個科學問題”。學生是否會做題成為高中物理教學質量的重要評價指標之一，在習題教學中通過對所學知識的復述、深化和應用，使學生達到知識的鞏固、內化，發(fā)展學生的認知結構，進而起到提高培養(yǎng)學生的分析問題和解決問題的能力；同時習題教學應注重學生解決問題的過程，關注對學生對物理思想的理解、對物理方法的掌握、對物理建模能力的培養(yǎng)以及良好思維習慣的養(yǎng)成。因此教師要對加強對典型習題的研究，用好習題課，努力提高物理教學的質量。

例1：磁流體發(fā)電是一項新興技術，它可以把物體的內能直接轉化為電能。圖1是它的示意圖，平行金屬板A、B之間有一個很強的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子）噴入磁場，A、B兩板問便產生電壓。如果把A、B和用電器連接，A，B就是一個直流電源的兩個電極。

（1）圖中A、B板哪一個是發(fā)電機的正極？（2）若A、B兩板相距為d，板間的磁感應強度為B，等離子體以速度v，沿垂直于B的方向射入磁場，該發(fā)電機的電動勢是多大？

解析：（1）當?shù)入x子體噴入磁場后.粒子將受到洛倫茲力的作用，由左手定則可以判斷出正離子受到向下的作用力，打到B板上；負離子受到向上的作用力而打到A板上，A、B兩板間便會產生電壓。如果把A，B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩個電極。其中B板相當于發(fā)電機的正極。A板相當于發(fā)電機的負極。（2）當正負離子分別打到兩個極板上后，就會在A、B兩板間形成電場。電場的方向由B板指向A板，A、B兩板問的電壓即為發(fā)電機的電動勢（外電路斷開）。離子在AB間受到電場力和洛倫茲力，電場力和洛倫茲力的方向相反，當它們相等時。離子將不再偏轉。由Bqv= q得磁流體發(fā)電機的電動勢U=Bdv。

通過上述的分析可知，磁流體發(fā)電機是利用了磁場對運動電荷的作用力，使正負粒子朝不同方向偏轉從而在兩極板間形成電勢差。該題是以磁流體發(fā)電機為背景，通過對其工作原理的研究不難得出本題實際上是“霍爾效應”的具體應用。

拓展1：磁強計

例2：磁強計實際上是利用霍爾效應來測量磁感應強B的儀器.其原理可解釋為：如圖3所示，一塊導體接上a、b、c、d四個電極，將導體放在勻強磁場之中，a、b間通過電流I，c、d間就會出現(xiàn)電勢差，只要測出c、d問的電勢差U，就可測得B。

設c、d間電勢差已達穩(wěn)定，則U=E 既此時自由電荷受到的電場力與洛倫茲力相平衡，qE=Bqv，式中v為自由電荷的定向移動速度，由此可知，B= 設導體中單位體積內的自由電荷數(shù)為n，則電流I=nqvS，式中S為導體橫截面積，S= d。因此v= 。由此可知，B正比于U，只要裝置先在已知磁場中定標，就可以通過測U來測量B的大小了。

磁強計是已知 ，d，I，通過測U來確定B的大小。

拓展2：電磁血流計

例3：醫(yī)生做某些特殊手術時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度。電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構成，磁極間的磁場是均勻的。使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖4所示。由于血液中的正負離子隨血流一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差。在達到平衡時，血管內部的電場可看作是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零。在某次監(jiān)測中，兩觸點的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160μV，磁感應強度的大小為0.040T。則血流速度的近似值和電極a、b的正負為（ ）

A. 1.3m/s ，a正、b負 B. 2.7m/s ， a正、b負

C.1.3m/s，a負、b正 D. 2.7m/s ， a負、b正

解析：依據(jù)左手定則，正離子在磁場中受到洛倫茲力作用向上偏，負離子在磁場中受到洛倫茲力作用向下偏，因此電極a、b的正負為a正、b負；當穩(wěn)定時，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零，則 ，可得 ，A正確。

電磁血流計是已知U，d，B，來確定v的大小。

從以上幾個例子可以看出，此類習題情境設計注重加強物理與科技、生活、現(xiàn)代社會的聯(lián)系，側重考查學生運用所學物理知識解決科技、生活和社會中問題的能力，考查物理學科分析問題與解決問題的方法。

與之相關應用的習題很多，由于篇幅有限在此就不一一例舉。

習題之多浩如煙海，而課堂時間是有限的，要提高效率，習題的質量是關鍵，要求習題精編精選，要關注習題的科學性、典型性，講評的時候要能以點帶面，精講一道題，能讓學生掌握一種類型的題型，進一步鞏固所學知識。如何解決無限的習題與有限的時間的矛盾；如何在復習課中定位習題教學，并提高習題課的效率，把重復的、盲目的、低效的訓練變?yōu)獒槍π詮姷?、目標明確的、高效的練習。以點帶面，深入淺出，切實提高物理習題教學的有效性，是每一位物理教師必須認真研究的一個課題。

（作者單位：福建省永安一中）