Question

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(dāng)一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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

答案：
解析：

[分析解答]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．下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(fù)”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(jìn)入磁場時所受的洛倫茲力方向相反．當(dāng)電場強(qiáng)度增加到使電場力與洛倫茲力平衡時，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(dá)式I＝neSv＝nedlv． 　　 　　[評析]本題的特點是物理模型隱蔽．按照一部分同學(xué)的理解，這就是一道安培力的題目，以為伸手就可以判斷安培力的方向．仔細(xì)分析電荷在上、下兩個表面的聚集的原因，才發(fā)現(xiàn)是定向移動的電荷受到洛倫茲力的結(jié)果．因此，深入分析題目中所敘述的物理過程，挖出隱含條件，方能有正確的思路．