洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件

洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的運(yùn)用洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的運(yùn)用1一、速度選擇器的工作原理

題：帶電粒子（帶正電）q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受電場力作用，運(yùn)動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖所示。若在勻強(qiáng)電場范圍內(nèi)再加一個(gè)勻強(qiáng)磁場，使該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)不偏轉(zhuǎn)，求所加勻強(qiáng)磁場的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)一、速度選擇器的工作原理題：帶電粒子（帶正電）q以2洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件3

分析：電荷進(jìn)入電場，受垂直向下的電場力作用而偏轉(zhuǎn)，若使它不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電荷受所加磁場的洛侖茲力方向一定與電場力方向相反，根據(jù)左手定則和洛侖茲力方向確定磁場方向：垂直紙面、背向讀者，如圖所示。因?yàn)?/p>

f洛=F電要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)分析：電荷進(jìn)入電場，受垂直向下的電場力作用而偏轉(zhuǎn)，若4

說明：若我們?cè)谠撗b置前后各加一塊擋板，讓電量相同的不同速度的帶電粒子從前邊擋板中小孔射入，經(jīng)過勻強(qiáng)電場和磁場，只有其運(yùn)動(dòng)速度剛好滿足f洛=F電的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從第二塊擋板上小孔中射出。改變勻強(qiáng)電場或勻強(qiáng)磁場的大小，就可以得到不同速度的帶電粒子。這個(gè)裝置就叫做速度選擇器（v=E/B）

問：若將一個(gè)能通過某速度選擇器的正電荷換成一個(gè)電量相等速度不變的負(fù)電荷，它還能通過該速度選擇器嗎？為什么？

答：能。因?yàn)殡m然它所受電場力和洛侖茲力方向都與正電荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然為零，所以能通過。說明：若我們?cè)谠撗b置前后各加一塊擋板，讓電量相同的不5要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)二、質(zhì)譜儀如圖所示的是一種質(zhì)譜儀的示意圖，其中MN板的左方是帶電粒子速度選擇器，選擇器內(nèi)有正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，一束有不同速率的正離子水平地由小孔進(jìn)入場區(qū).要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)二、質(zhì)譜儀6洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件7(1)速度選擇部分：路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子的條件是Eq=Bqv，即v=E/B.能通過速度選擇器的帶電粒子必是速度為該值的粒子，與它帶多少電和電性、質(zhì)量均無關(guān).(2)質(zhì)譜儀部分：經(jīng)過速度選擇器后的相同速率的不同離子在右側(cè)的偏轉(zhuǎn)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不同荷質(zhì)比的離子軌道半徑不同.P位置為照相底片記錄粒子的位置.（能求出x嗎？x與哪些因素有關(guān)？）要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)(1)速度選擇部分：路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子的條件8三、磁流體發(fā)電機(jī)(霍爾效應(yīng))圖所示的是磁流體發(fā)電機(jī)原理圖，其原理是：等離子氣體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到兩極板上，在兩極板上產(chǎn)生電勢(shì)差.設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距L，等離子氣體的電阻率為，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過A、B板間時(shí)，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢(shì)差最大，即為電源電動(dòng)勢(shì).此時(shí)離子受力平衡：Eq=Bqv,v=E/B,電動(dòng)勢(shì)E=BLv.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)三、磁流體發(fā)電機(jī)(霍爾效應(yīng))設(shè)A、B平行金屬9四、電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)原理可解釋為：如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動(dòng).要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)四、電磁流量計(jì)要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)10導(dǎo)電液體中的自由電荷(正負(fù)離子)在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差.當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定.由Bqv=Eq=Uq/d,可得v=U/Bd.流量Q=Sv=dU/4B.

【說明】此類問題也可用電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行處理.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)導(dǎo)電液體中的自由電荷(正負(fù)離子)在洛倫茲力作11五、加速器回旋加速器的主要特征.①帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場的變化周期，與帶電粒子的速度無關(guān)；②將帶電粒子在兩盒狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連起來是一個(gè)初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)；③帶電粒子每經(jīng)電場加速一次，回旋半徑就增大一次，所有經(jīng)過半徑之比為1∶∶∶……(這可由學(xué)生自己證明)，對(duì)于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半徑是相同的，解題時(shí)務(wù)必引起注意.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)五、加速器要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)12洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件13洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件14六、直線加速器的主要特征.如圖所示，直線加速器是使粒子在一條直線裝置上被加速.

要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)六、直線加速器的主要特征.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)15

【例1】何為速度選擇器，其工作原理如何，并列舉幾個(gè)物理模型與速度選擇器相似的應(yīng)用實(shí)例。解析：帶電粒子垂直射入正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場的復(fù)合空間，所受電場力和洛倫茲力方向相反，大小相等。凡符合（1）式的粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，順利通過場區(qū)從O2孔出射，凡不符合（1）式的粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，均不能從O2射出，即將的粒子選出。即【例1】何為速度選擇器，其工作原理如何，并列舉幾個(gè)物理模型16等離子體噴入磁場區(qū)域，磁場區(qū)域中有兩塊金屬板A和B，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上、下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板產(chǎn)生電勢(shì)差。設(shè)B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，d為兩板間距，v為噴射速度，最大電勢(shì)差Um，則：類似的還有磁流體發(fā)電機(jī)：等離子體噴入磁場區(qū)域，磁場區(qū)域中有兩塊金屬板A和B，正、負(fù)離17如圖：是用來測(cè)定導(dǎo)電液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)流量的儀器，設(shè)導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，a、b間測(cè)出電勢(shì)差為U電磁流量計(jì)：則流量如圖：是用來測(cè)定導(dǎo)電液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)流量的儀器，設(shè)18霍耳效應(yīng)：如圖：厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體上下側(cè)面間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象叫霍耳效應(yīng)。穩(wěn)定時(shí)：設(shè)電流強(qiáng)度為I，電荷定向移動(dòng)速度為V，上下兩側(cè)電壓為U霍耳效應(yīng)：如圖：厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于19又（n為單位體積自由電荷數(shù)）(2)式代入(1)式(k為霍耳系數(shù)）又20經(jīng)速度選擇器選中的速度相等，質(zhì)量不等的粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場后，由于半徑不等而分開。其實(shí)質(zhì)譜儀中也要用到速度選擇器，如圖經(jīng)速度選擇器選中的速度相等，質(zhì)量不等的粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場后，由于21【例2】在圖中所示的質(zhì)譜儀中，速度選擇器部分的勻強(qiáng)電場場強(qiáng)E=1.2×105V/m，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.6T.偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′=0.8T.求：(1)能通過速度選擇器的粒子速度多大?(2)質(zhì)子和氘核進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片上的距離d為多少?(質(zhì)子質(zhì)量為m)【例2】在圖中所示的質(zhì)譜儀中，速度選擇器部分的勻強(qiáng)電場22【解析】粒子通過速度選擇器時(shí)，所受電場力和磁場力方向相反、大小相等，粒子可勻速穿過速度選擇器.由于質(zhì)子和氘核以相同速度進(jìn)入磁場后，做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不同，打在以不同的條紋上，本質(zhì)上來講，也就是帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，該類問題的關(guān)鍵是連接點(diǎn)的速度.【解析】粒子通過速度選擇器時(shí)，所受電場力和磁場力方向相23(1)能通過速度選擇器的離子所受電場力和洛倫茲力相等且反向.即eBv=eEv=E/B=2×１０5m/s(2)粒子進(jìn)入磁場B′后做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力.eB′v=mv2/RR=mv/B′e設(shè)質(zhì)子質(zhì)量為m，則氘核質(zhì)量為2m質(zhì)子d=5×１０５m/e氘核d=1×106m/e(1)能通過速度選擇器的離子所受電場力和洛倫茲力相等24

【例3】圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，將氣體加熱到很高的溫度，使它成為等離子體(含有大量正、負(fù)離子)，讓它以速度v通過磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)，這里有間距為d的電極a和b.(1)說明磁流體發(fā)電機(jī)的原理.(2)哪個(gè)電極為正極.(3)計(jì)算電極間的電勢(shì)差.(4)發(fā)電通道兩端的壓強(qiáng)差?【例3】圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，將氣體加熱到很高25【解析】(1)帶電粒子進(jìn)入磁場場后受到洛倫茲力的作用而向兩個(gè)極板運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)極板上積累的電荷越來越多，從而在兩個(gè)極板間產(chǎn)生豎直方向的電場，且越來越強(qiáng)，最終后來的帶電粒子受電場力和磁場力平衡后，沿直線勻速通過疊加場，而在兩個(gè)極板間產(chǎn)生了持續(xù)的電勢(shì)差.(2)b板為電源正極.(3)根據(jù)平衡時(shí)有庫電場力=洛倫茲力，即Eq=Bqv，E=U/d.因此得U=Bvd(即電動(dòng)勢(shì)).【解析】(1)帶電粒子進(jìn)入磁場場后受到洛倫茲力26(4)設(shè)負(fù)載電阻為R，電源內(nèi)阻不計(jì)，通道橫截面為邊長等于d的正方形，入口處壓強(qiáng)為p1，出口處壓強(qiáng)為p2；當(dāng)開關(guān)閉合后，發(fā)電機(jī)的電功率為P電=U2/R=(Bdv)2/R.根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律有P電=F1v-F2v，而F1=p1S，F(xiàn)2=p2S.所以通道兩端壓強(qiáng)差△P=p1-p2=B2v/R.(4)設(shè)負(fù)載電阻為R，電源內(nèi)阻不計(jì)，通道橫截面為邊長27補(bǔ)充題、個(gè)長度逐個(gè)增大的金屬圓筒和一個(gè)靶，它們沿軸線排列成一串，如圖所示.各筒和靶相間地連接到頻率為v，最大電壓為U的正弦交流電源的兩端.整個(gè)裝置放在高真空容器中，圓筒的兩底面中心開有小孔，現(xiàn)有一電量為q，質(zhì)量為m的正離子沿軸線射入圓筒，并裝圓筒及靶間的縫隙處受到電場力的作用而加速(設(shè)筒內(nèi)部無電場).縫隙的寬度很小，離子穿過縫隙的時(shí)間可不計(jì)，已知離子進(jìn)入第一個(gè)圓筒左端的速度為v1，且此時(shí)第一、第二兩個(gè)圓筒間的電勢(shì)差為U1-U2=-U.為使打在靶上的離子獲得最大能量，各個(gè)圓筒的長度應(yīng)滿足什么條件?并求出這種情況下打到靶上的離子的能量?補(bǔ)充題、個(gè)長度逐個(gè)增大的金屬圓筒和一個(gè)靶，它28【解析】只有當(dāng)離子在各筒內(nèi)穿過的時(shí)間都為t=T/2=1/(2）時(shí)，離子才有可能每次通過圓筒間縫隙都被加速.這樣第一個(gè)圓筒的長L1=v1t=v1/(2），當(dāng)離子通過第一、二個(gè)圓筒間的縫隙時(shí)，兩筒間電壓為U，離子進(jìn)入第二個(gè)圓筒時(shí)的動(dòng)能就增加了qU，所以E2=mv21/2+qU,v2=（v21+2qU/m）第二個(gè)圓筒的長度L2=v2t=[（v21+2qU/m）2]如此可知離子進(jìn)入第三個(gè)圓筒時(shí)的動(dòng)能E3=mv22/12+qU=mv21/2+2qU，速度v3=（v21+4qU/m.）【解析】只有當(dāng)離子在各筒內(nèi)穿過的時(shí)間都為t=T29第三個(gè)圓筒長度L3=（v21+4qU/m）/2離子進(jìn)入第N個(gè)圓筒時(shí)的動(dòng)能EN=mv21/2+(N-1)qU,速度vN=v21+2(N-1)qU/m，第N個(gè)圓筒的長度LN=[v21+2(N-1)qU/m]/2此時(shí)打到靶上離子的動(dòng)能Ek=EN+qU=（1/2）mv２１+NqU.【說明】本例并非磁場問題，置于此，僅是一種對(duì)比第三個(gè)圓筒長度L3=（v21+4qU/m）/230洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的運(yùn)用洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的運(yùn)用31一、速度選擇器的工作原理

題：帶電粒子（帶正電）q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受電場力作用，運(yùn)動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖所示。若在勻強(qiáng)電場范圍內(nèi)再加一個(gè)勻強(qiáng)磁場，使該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)不偏轉(zhuǎn)，求所加勻強(qiáng)磁場的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)一、速度選擇器的工作原理題：帶電粒子（帶正電）q以32洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件33

分析：電荷進(jìn)入電場，受垂直向下的電場力作用而偏轉(zhuǎn)，若使它不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電荷受所加磁場的洛侖茲力方向一定與電場力方向相反，根據(jù)左手定則和洛侖茲力方向確定磁場方向：垂直紙面、背向讀者，如圖所示。因?yàn)?/p>

f洛=F電要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)分析：電荷進(jìn)入電場，受垂直向下的電場力作用而偏轉(zhuǎn)，若34

說明：若我們?cè)谠撗b置前后各加一塊擋板，讓電量相同的不同速度的帶電粒子從前邊擋板中小孔射入，經(jīng)過勻強(qiáng)電場和磁場，只有其運(yùn)動(dòng)速度剛好滿足f洛=F電的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從第二塊擋板上小孔中射出。改變勻強(qiáng)電場或勻強(qiáng)磁場的大小，就可以得到不同速度的帶電粒子。這個(gè)裝置就叫做速度選擇器（v=E/B）

問：若將一個(gè)能通過某速度選擇器的正電荷換成一個(gè)電量相等速度不變的負(fù)電荷，它還能通過該速度選擇器嗎？為什么？

答：能。因?yàn)殡m然它所受電場力和洛侖茲力方向都與正電荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然為零，所以能通過。說明：若我們?cè)谠撗b置前后各加一塊擋板，讓電量相同的不35要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)二、質(zhì)譜儀如圖所示的是一種質(zhì)譜儀的示意圖，其中MN板的左方是帶電粒子速度選擇器，選擇器內(nèi)有正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，一束有不同速率的正離子水平地由小孔進(jìn)入場區(qū).要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)二、質(zhì)譜儀36洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件37(1)速度選擇部分：路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子的條件是Eq=Bqv，即v=E/B.能通過速度選擇器的帶電粒子必是速度為該值的粒子，與它帶多少電和電性、質(zhì)量均無關(guān).(2)質(zhì)譜儀部分：經(jīng)過速度選擇器后的相同速率的不同離子在右側(cè)的偏轉(zhuǎn)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不同荷質(zhì)比的離子軌道半徑不同.P位置為照相底片記錄粒子的位置.（能求出x嗎？x與哪些因素有關(guān)？）要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)(1)速度選擇部分：路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子的條件38三、磁流體發(fā)電機(jī)(霍爾效應(yīng))圖所示的是磁流體發(fā)電機(jī)原理圖，其原理是：等離子氣體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到兩極板上，在兩極板上產(chǎn)生電勢(shì)差.設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距L，等離子氣體的電阻率為，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過A、B板間時(shí)，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢(shì)差最大，即為電源電動(dòng)勢(shì).此時(shí)離子受力平衡：Eq=Bqv,v=E/B,電動(dòng)勢(shì)E=BLv.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)三、磁流體發(fā)電機(jī)(霍爾效應(yīng))設(shè)A、B平行金屬39四、電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)原理可解釋為：如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動(dòng).要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)四、電磁流量計(jì)要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)40導(dǎo)電液體中的自由電荷(正負(fù)離子)在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差.當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定.由Bqv=Eq=Uq/d,可得v=U/Bd.流量Q=Sv=dU/4B.

【說明】此類問題也可用電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行處理.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)導(dǎo)電液體中的自由電荷(正負(fù)離子)在洛倫茲力作41五、加速器回旋加速器的主要特征.①帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場的變化周期，與帶電粒子的速度無關(guān)；②將帶電粒子在兩盒狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連起來是一個(gè)初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)；③帶電粒子每經(jīng)電場加速一次，回旋半徑就增大一次，所有經(jīng)過半徑之比為1∶∶∶……(這可由學(xué)生自己證明)，對(duì)于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半徑是相同的，解題時(shí)務(wù)必引起注意.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)五、加速器要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)42洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件43洛侖茲力在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用課件44六、直線加速器的主要特征.如圖所示，直線加速器是使粒子在一條直線裝置上被加速.

要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)六、直線加速器的主要特征.要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)45

【例1】何為速度選擇器，其工作原理如何，并列舉幾個(gè)物理模型與速度選擇器相似的應(yīng)用實(shí)例。解析：帶電粒子垂直射入正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場的復(fù)合空間，所受電場力和洛倫茲力方向相反，大小相等。凡符合（1）式的粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，順利通過場區(qū)從O2孔出射，凡不符合（1）式的粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，均不能從O2射出，即將的粒子選出。即【例1】何為速度選擇器，其工作原理如何，并列舉幾個(gè)物理模型46等離子體噴入磁場區(qū)域，磁場區(qū)域中有兩塊金屬板A和B，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上、下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板產(chǎn)生電勢(shì)差。設(shè)B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，d為兩板間距，v為噴射速度，最大電勢(shì)差Um，則：類似的還有磁流體發(fā)電機(jī)：等離子體噴入磁場區(qū)域，磁場區(qū)域中有兩塊金屬板A和B，正、負(fù)離47如圖：是用來測(cè)定導(dǎo)電液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)流量的儀器，設(shè)導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，a、b間測(cè)出電勢(shì)差為U電磁流量計(jì)：則流量如圖：是用來測(cè)定導(dǎo)電液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)流量的儀器，設(shè)48霍耳效應(yīng)：如圖：厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體上下側(cè)面間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象叫霍耳效應(yīng)。穩(wěn)定時(shí)：設(shè)電流強(qiáng)度為I，電荷定向移動(dòng)速度為V，上下兩側(cè)電壓為U霍耳效應(yīng)：如圖：厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于49又（n為單位體積自由電荷數(shù)）(2)式代入(1)式(k為霍耳系數(shù)）又50經(jīng)速度選擇器選中的速度相等，質(zhì)量不等的粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場后，由于半徑不等而分開。其實(shí)質(zhì)譜儀中也要用到速度選擇器，如圖經(jīng)速度選擇器選中的速度相等，質(zhì)量不等的粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場后，由于51【例2】在圖中所示的質(zhì)譜儀中，速度選擇器部分的勻強(qiáng)電場場強(qiáng)E=1.2×105V/m，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.6T.偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′=0.8T.求：(1)能通過速度選擇器的粒子速度多大?(2)質(zhì)子和氘核進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片上的距離d為多少?(質(zhì)子質(zhì)量為m)【例2】在圖中所示的質(zhì)譜儀中，速度選擇器部分的勻強(qiáng)電場52【解析】粒子通過速度選擇器時(shí)，所受電場力和磁場力方向相反、大小相等，粒子可勻速穿過速度選擇器.由于質(zhì)子和氘核以相同速度進(jìn)入磁場后，做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不同，打在以不同的條紋上，本質(zhì)上來講，也就是帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，該類問題的關(guān)鍵是連接點(diǎn)的速度.【解析】粒子通過速度選擇器時(shí)，所受電場力和磁場力方向相53(1)能通過速度選擇器的離子所受電場力和洛倫茲力相等且反向.即eBv=eEv=E/B=2×１０5m/s(2)粒子進(jìn)入磁場B′后做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力.eB′v=mv2/RR=mv/B′e設(shè)質(zhì)子質(zhì)量為m，則氘核質(zhì)量為2m質(zhì)子d=5×１０５m/e氘核d=1×106m/e(1)能通過速度選擇器的離子所受電場力和洛倫茲力相等54

【例3】圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，將氣體加熱到很高的溫度，使它成為等離子體(含有大量正、負(fù)離子)，讓它以速度v通過磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)，這里有間距為d的電極a和b.(1)說明磁流體發(fā)電機(jī)的原理.(2)哪個(gè)電極為正極.(3)計(jì)算電極間的電勢(shì)差.(4)發(fā)電通道兩端的壓強(qiáng)差?【例3】圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，將氣體加熱到很高55【解析】(1)帶電粒子進(jìn)入磁場場后受到洛倫茲力的作用而向兩個(gè)極板運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)極板上積累的電荷越來越多，從而在兩個(gè)極板間產(chǎn)生豎直方向的電場，且越來越強(qiáng)，最終后來的帶電粒子受電場力和磁場力平衡后，沿直線勻速通過疊加場，而在兩個(gè)極板間產(chǎn)生了持續(xù)的電勢(shì)差.(2)b板為電源正極.(3)根據(jù)平衡時(shí)有庫電場力=洛倫茲力，即Eq=Bqv，E=U/d.因此得U=Bvd(即電動(dòng)勢(shì)).【解析】(1)帶電粒子進(jìn)入磁場場后受到洛倫茲力56(4)設(shè)負(fù)載電阻為R，電源內(nèi)阻不計(jì)，通道橫截面為邊長等于d的正方形，入口處壓強(qiáng)為p1，出口處壓強(qiáng)為p2；當(dāng)開關(guān)閉合后，發(fā)電機(jī)的電功率為P電=U2/R=(Bdv)2/R.根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律有P電=F1v-F2v，而