磁場與現(xiàn)代技術

1、磁場與現(xiàn)代技術磁場在生產、生活、科研中的應用非常廣泛：如顯像管、回旋加速器、速度選擇器、正負電子對撞機、 質譜儀、電磁流量計、磁流體發(fā)電機、霍爾效應等等.，考綱對這部分知識要求掌握的程度級別屬i,與 課程標準的“了解”和“認識”相當。但此知識點的命題中常作為帶電粒子在磁場的運動問題的重要背景 材料，考查對磁場力特點的理解和信息分析能力。例題1、回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個p形金屬盒， 兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩p形金屬盒處于垂直于 盒底的勻強磁場中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說i -法

2、中正確的是（）a. 增大磁場的磁感應強度b. 增大勻強電場間的加速電壓c. 增大p形金屬盒的半徑d. 減小狹縫間的距離例題2、圖為一種質譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道的半徑為 r，均勻輻向電場的場強為e，磁分析器中有垂直紙面向外的勻強磁場，磁感應強度為b，問：為了使位于a處電量為q、質量為m的離子，從靜止開始經加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器，加速電場的電壓u應為多大？離子由p點進入磁分析器后，最終打在乳膠片上的q點，該點距入射 點p多遠？若有一群離子從靜止開始通過該質譜儀后落在同一點q,則該 群離子有什么共同點？b1f1%例題3、為了監(jiān)測某化工廠

3、的污水排放量，技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計，該裝 置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感應強度大 小為b的勻強磁場，在前后兩個內側面分別固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經該裝置時，理想電壓表將顯示兩個電極間 的電壓u，若用q表示污水流量（單位時間內排出污水的體積），下列 說法正確的是（）a. 若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢高b. 若污水中負離子較多，則前表面比后表面電勢高c. 污水中離子濃度越高電壓表的示數(shù)將越大d. 污水流量q與u成正比，與a、b無關例題4、電視機的顯像管中，電子束的偏轉是用磁偏轉技術實

4、 現(xiàn)的。電子束經過電壓為z/的加速電場后，進入一圓形勻強磁 場區(qū)，如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為漢 半徑為r。當不加磁場時，電子束將通過6?點而打到屏幕的中 心似點。為了讓電子束射到屏幕邊緣a需要加磁場，使電子 束偏轉一已知角度，此時磁場的磁感應強度沒應為多少？例題5、如圖所示，厚度為/7,寬度為ty的導體板放在垂直于它的磁感應強度為f的均勻磁場中，當電流 通過導體板時，在導體板的上側面和下側面之間會產生電勢差。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。實驗表明，ib當磁場不太強時，電勢差z/、電流/和沒的關系為a/rl，式中的比例系數(shù)zr稱為霍爾系數(shù)?；魻栃?解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運動

5、的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側會出現(xiàn)多余的正電 荷，從而形成橫向電場、橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力。當靜電力與洛侖茲力達到平 衡時，導體板上下兩側之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。設電流/是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為r,電量 為&回答下列問題：（1）達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導體板上側面4的電勢下側面i的電勢（填高于、低于或等于）。（2）電子所受的洛侖茲力的大小為。（3）當導體板上下兩側之間的電勢差為£/時，電子所受靜電力的大小為。（4）由靜電力和洛侖茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為。其中n代表導體板單位體積中電子的個數(shù)。兩極板間勻強磁場的磁感應強度

6、為隊等例題6、圖為磁流體發(fā)電機的示意圖。設兩金屬板間的距離為a離子體垂直進入磁場的速度為單個離子所帶的電量為離子通道（即兩極板內所圍成空間）的等效電 阻為r，負載電阻為/?。求：（1）該發(fā)電機的電動勢；（2）發(fā)電機的總功率。導電流體sr例題7、核聚變反應需要幾百萬度以上的高溫，為把高溫條件下高速運動的離子約束在小范圍內（否則不 可能發(fā)生核反應），通常采用磁約束的方法（托卡馬克裝置）。如圖所示，環(huán)狀勻強磁場圍成中空區(qū)域， 中空區(qū)域中的帶電粒子只要速度不是很大，都不會穿出磁場的外邊緣而被約束在xxx;x該區(qū)域內。設環(huán)狀磁場的內半徑為r,=0. 5m,外半徑r2=1.0m,磁場的磁感強度 b=1.0

7、t,若被束縛帶電粒子的荷質比為q/m=4x107c/kg,中空區(qū)域內帶電粒子具 有各個方向的速度、試計算：（1）粒子沿環(huán)狀的半徑方向射入磁場，不能穿越磁場的最大速度；（2）所有粒子不能穿越磁場的最大速度：（3）所有粒子都能穿越磁場的最小速度。1. 答案：ac1 ,2. 解析：(1)設離子經加速電場加速后速度為v,根據動能定理：qu=-mv2®22離子通過靜電分析器做勻速圓周運動，根據牛頓第二定律：eq = mlrer聯(lián)立方程：u=22(2)離子進入磁分析器做勻速圓周運動，磁場力提供向心力：bqv = m rw入可侍r =則q點到p點的距尚d = 2r =q b2qb2由式可知：通過該質譜儀后落在同一點q的離子的比荷i相同。m3. 答案：d4. 解析：如圖所示，電子在磁場中沿圓弧m運動，圓心為g半徑為/?。以t/表示電子進入磁場時的速度，1 .m、e分別表不電子的質量和電量，貝lj ef/ = mv4由以上各式t解得2u