2 . 某实验小组利用霍尔元件制作了一个简易磁场检测器如图甲。霍尔元件是一个四端元件，其中A、C端通过控制电路输入可控制电流，B、D端输出霍尔电压（由于霍尔电压很小，可以把它直接加在灵敏电流表两端）。在某一匀强磁场区域转动磁场检测器，当霍尔元件处于如图乙位置时，灵敏电流表⑥的指针向左偏转达到最大值，此时电压最大值为U，电流表的示数为I。已知灵敏电流表G的电流从正极输入时指针向右偏转，从负极输入时指针向左偏转；该霍尔元件长度为a，宽度为b，厚度为c，单位体积中导电的电荷数为n，电子的电荷量为e、则下列说法正确的是（　　）

A．D端电势高于B端电势

B．图乙中磁场方向垂直霍尔元件的前平面向外

C．该磁场的磁感应强度大小

D．当滑动变阻器的滑片向左移动时，灵敏电流表的指针偏转方向改变且偏转程度减小

3 . 将一金属或半导体薄片垂直置于磁场中，并沿垂直磁场方向通入电流，则在导体中垂直于电流和磁场方向会产生一个电势差，这一现象称为霍尔效应，此电势差称为霍尔电压。某长方体薄片霍尔元件，长为a、宽为b、厚为c，在霍尔元件中有沿x轴方向的电流强度为I，若霍尔元件中导电的载流子是自由电子，带电量为e，薄片处在沿方向磁感应强度为B的匀强磁场中，则在沿z轴方向产生霍尔电压，
（1）请判断该霍尔元件图中前、后两个侧面，哪端的电势高，并简要叙述理由；
（2）该霍尔元件在具体应用中，有，式中的称为霍尔元件灵敏度，一般要求越大越好，推导的表达式并解释为什么霍尔元件一般都做得很薄；
（3）由于金属中载流子密度很大，霍尔效应不明显，因此霍尔元件常用半导体而不是金属。一种半导体材料中同时存在电子与空穴两种载流子（空穴可视为能移动的带正电的粒子），每个载流子所带电量的绝对值均为e，单位体积内电子和空穴的数目之比为ρ，在霍尔电压稳定后，电子和空穴沿z方向定向移动的速率分别为和，求电子和空穴沿z轴方向定向移动的速率和之比。

4 . 霍尔传感器中的霍尔元件为一长方体结构，长宽高分别为a、b、c。如图所示，将霍尔传感器放入竖直向下的磁场中，霍尔元件产生的霍尔电压为前表面（图中阴影部分）电势高。下列说法正确的是（     ）

A．霍尔元件中电流I的载流子是负电荷定向运动形成的

B．当滑动变阻器滑动触头向左滑动，霍尔电压将减小

C．同时改变磁场和电流的方向，电压表指针会偏向另一边

D．霍尔电压大小与霍尔元件的长宽高a、b、c都有关系

5 . 交通工具

我国的高铁、动车四通八达，小轿车也已进入千家万户，这些交通工具大大方便了人们的出行。
1．某同学在水平向右行驶的高铁车厢内，放置了一个用量角器自制的加速度测量仪，在一段时间内，测量仪上系有小球的细线与竖直方向成θ角，如图所示。则高铁在此时间内向右做______运动，其加速度大小为______

A.       B.     C.     D.
2．汽车质检时，将汽车的主动轮压在两个粗细相同的有固定转动轴的滚筒上，使车轮转动时汽车仍在原地不动，如图所示。车内轮A的半径为，车外轮B的半径为，滚筒C的半径为，车轮与滚筒间不打滑，当车轮以恒定速度运行时，A、B轮边缘的线速度大小之比为______，B、C轮边缘的向心加速度大小之比为______。

3．汽车在水平路面向前运动，后轮胎外测的边缘上有一个黑色小石子，如图所示。当汽车运动速度为v时，小石子刚好运动到达最高点且离开轮胎。已知汽车轮胎半径为R，重力加速度为g，则小石子在最高点离开轮胎时的速度为______；小石子经过______时间落到路面。

4．某汽车安全气囊的触发装置如图所示，金属球被强磁铁吸引固定。当汽车受到猛烈撞击，且加速度大于400m/s²时，金属球会脱离强磁铁，并沿导轨运动而接通电路使安全气囊打开。若金属球的质量为50g，则强磁铁对金属球的最大引力为______N，当汽车紧急加速时，金属球对强磁铁的压力将_____（选填“变小”“变大”或“不变”）。

5．在高铁的每节车厢都安装大量不同功能的传感器。如图所示为霍尔元件做成的磁传感器，该霍尔元件自由移动电荷为负电荷，若电流由a流向b时，M、N两极电势差，则图中的磁场方向向_____（选填“上”或“下”）。电势差越大，测得的磁感应强度越_____（选填“大”或“小”）

6 . 二、测速
现代科技发展提供了很多测量物体运动速度的方法。我们教材介绍的门式结构光电门传感器如图所示，两臂上有A、B两孔，A孔内的发光管发射红外线，B孔内的光电管接收红外线。

(1)如图2所示，为了测量物体运动的速度，在物体上安装挡光片。用光电门传感器测量运动物体经过光电门时的速度，需要测量的物理量有______和______。

(2)光电门传感器是根据光电效应，利用光电转换元件将光信号转换成电信号的器件。如图3所示为某种金属在各种频率单色光照射下反向遏止电压U与入射光频率v之间的关系。从图中数据可知该金属的极限频率为_________Hz（计算结果保留2位有效数字）。已知红外线的波长范围约在，用红外线照射该金属______（选填“能”或“不能”）产生光电效应。（普朗克常量，电子电量）

(3)图（a）中磁铁安装在半径为R的自行车前轮上，磁铁到前轮圆心的距离为r。磁铁每次靠近霍尔传感器，传感器就输出一个电压信号到速度计上。
（1）测得连续N个电压信号的时间间隔为t，则在这段时间内自行车前进的平均速度______。
（2）自行车做匀变速直线运动，某段时间内测得电流信号强度I随时间t的变化如图（b）所示，则自行车的加速度______（以车前进方向为正方向）。
（3）如图（c）所示，电流从上往下通过霍尔元件A（自由电荷为电子），当磁铁C沿图示方向运动经过霍尔元件附近时，会有图示方向的磁场穿过霍尔元件，在元件的左右两面间能检测到电势差。则磁铁经过霍尔元件的过程中（由空间磁场变化所激发的电场可忽略不计）______
A. 磁铁C的N极靠近元件且       B. 磁铁C的S极靠近元件且
C. 磁铁C的N极靠近元件且       D. 磁铁C的S极靠近元件且

(4)用微波传感器测量飞行网球的速度，利用发送信号与接收信号的频率差，通过公式计算出物体运动的速度。当球远离传感器运动时，单位时间内测得的信号数和波长（       ）

A．变多，变长

B．变多，变短

C．变少，变短

D．变少，变长

8 . 在霍尔效应中，霍尔电压与通过导体的电流之比被定义为霍尔电阻，可用符号表示，通常情况下，霍尔电阻与外加磁场的磁感应强度成正比。但在超低温、强磁场的极端条件下，某些材料的霍尔电阻却随着强磁场的增加出现量子化现象：h是普朗克常数，e是电子的电量， v既可以取1、2、3…等整数，也可以取某些小于1的分数，这就是量子霍尔效应现象。实验发现，当霍尔电阻处于量子态时，材料中的电子将沿边缘带做定向运动，几乎不受阻力作用。2013年，清华大学薛其坤团队发现，在超低温（0.03K）环境条件下，具备特殊结构的拓补绝缘体材料可以自发地发生磁化，此时不需要外加磁场也会发生量子霍尔效应，这种现象被称为量子反常霍尔效应。结合以上资料，可以判断下列说法正确的是（　　）

A．同欧姆电阻类似，霍尔电阻越大，表明材料对通过它的电流的阻碍越强

B．要发生量子霍尔效应现象，外部环境条件有两个，一是要具备超低温环境，二是要具备超强的磁场

C．具备量子反常霍尔效应的磁性拓补绝缘材料已成为新一代低能耗芯片的制造材料

D．霍尔电阻的量子态表达式中的常数组合 与欧姆电阻具有相同的单位