磁場(chǎng)(5)回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、霍爾效應(yīng)、電磁流量計(jì)

磁流體發(fā)電機(jī)

霍爾效應(yīng)

電磁流量計(jì)一、速度選擇器裝置：平行板器件中，有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)原理：帶電粒子垂直進(jìn)入正交場(chǎng)時(shí)，只有某一速度的粒子能沿直線運(yùn)動(dòng)，并從小孔中出來其它速度的粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不能從小孔中出來功能：只選擇速度，與粒子的電性、電量、質(zhì)量無關(guān)v=E/BEq=Bvq二、質(zhì)譜儀1、構(gòu)造：粒子源加速電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)照相底片U2、用途：把不同比荷的粒子分開，測(cè)量帶電粒子的荷質(zhì)比和分析同位素。粒子源加速電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)照相底片Uv分析：q/m不同→r不同→打在相片的不同位置→在照片上會(huì)形成若干條譜線狀的細(xì)條→每一條普線對(duì)應(yīng)于一定的荷質(zhì)比三、回旋加速器（1）構(gòu)造：兩個(gè)半圓形的金屬盒，盒間有一窄縫，窄縫中有一粒子源。盒子處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，窄縫區(qū)域無磁場(chǎng)，但有交變電場(chǎng)。

2．工作原理：

粒子源發(fā)出帶電粒子，在窄縫中被電場(chǎng)加速，然后進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)，到達(dá)窄縫后又被加速，進(jìn)入磁場(chǎng)又做圓周運(yùn)動(dòng)，如此這樣一直運(yùn)動(dòng)下去，最后會(huì)從盒子的外邊緣飛出。A’A’AAv0v1v2v3v4A’A’AAv0v1v2v3v4（1）粒子每次進(jìn)入狹縫都被電場(chǎng)加速：交變電場(chǎng)的變化周期（2）粒子的最大速度和最大動(dòng)能：=粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期。粒子的最大半徑rm=D形盒的半徑：R

A’A’AAv0v1v2v3v4（3）粒子在金屬盒中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間旋轉(zhuǎn)圈數(shù)問題：加速電壓使粒子不斷加速，洛倫茲力并不對(duì)粒子做功但影響最大動(dòng)能的

是B，而不是U，怎么解釋？分析：（1）加速電壓高，粒子每次加速后的動(dòng)能增量大，回旋半徑增加多，回旋次數(shù)少，被加速的次數(shù)少。（2）B越大，r增加得越少，粒子回旋次數(shù)增多，被加速次數(shù)也越多，粒子的最大動(dòng)能也越大。四、磁流體發(fā)電機(jī)1、等離子體：氣體通常呈中性，但在高溫下，氣體會(huì)被電離成正負(fù)離子，這種狀態(tài)下的氣體稱為等離子體。2、磁流體發(fā)電機(jī)的原理：（1）裝置：M、N為平行金屬，板間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，讓等離子體從兩板之間垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)。MNv（2）磁流體發(fā)電機(jī)的原理：正負(fù)離子→受到f洛→偏轉(zhuǎn)→打到兩金屬板上→兩板間產(chǎn)生電場(chǎng)、電壓。MNv當(dāng)金屬板與用電器組成閉合回路，金屬板相當(dāng)于電源。電荷量積累到一定程度：f洛=F電→

粒子不再偏轉(zhuǎn)→兩板間電壓達(dá)到最大。此后的粒子均做勻速直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)兩板間電壓即為電源的電動(dòng)勢(shì)開始階段：電壓較小→

f洛>F電→兩板上電荷增多→場(chǎng)強(qiáng)、電壓增大。設(shè)：平行金屬板面積----S

間距---L

等離子體電阻率---ρ

噴入氣體的速度----v

磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度---B

板外電阻----------R求：R中的電流1、定義：當(dāng)通有電流的導(dǎo)體處在垂直于電流方向的磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體的上、下表面產(chǎn)生電壓，這一現(xiàn)象稱為~金屬導(dǎo)體IvfEqEfd2、霍爾電壓：導(dǎo)體的上、下表面所達(dá)到的穩(wěn)定的電壓。五、霍爾效應(yīng)3、霍爾電壓的計(jì)算式：當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為：k---霍爾系數(shù)：??????++++++dbUHIB霍爾電壓：UH=Bvd.霍爾電壓：由I=nqSv，v可表示為：I/nqS霍爾系數(shù)：例：如圖所示，長(zhǎng)方形玻璃水槽中盛有NaCl水溶液，在水槽的左右側(cè)c、d的內(nèi)側(cè)各裝一導(dǎo)體片，使溶液中通入沿x軸正方向的電流I，沿y

軸正方向加恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，圖中a、b是垂直于z軸方向的前后兩側(cè)面，則：

A.a處電勢(shì)等于b處電勢(shì)

B.a處離子濃度大于b處離子濃度

C.溶液的上表面電勢(shì)等于下表面電勢(shì)

D.溶液的上表面處離子濃度大于下表面處的離子濃度bcNaIdZxyB分析：（1）電解質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的鈉離子沿電流方向運(yùn)動(dòng)（圖中為右）而氯離子沿電流的反方向運(yùn)動(dòng)（圖中為左）。（2）由左手定則，它們所受的洛侖茲力都使它們偏向a側(cè)面,故：a側(cè)面離子濃度大于b側(cè)面的離子濃度但由于到達(dá)a側(cè)面的電荷量相互抵消，故a側(cè)面不帶電，b側(cè)面也不帶電，導(dǎo)體中無電場(chǎng)存在。因此：導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電勢(shì)均相等。故a、b側(cè)面電勢(shì)相等；上、下面也等（3）上、下表面離子濃度均相等。bcNaIdZxyB例：如圖所示,一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中,銅板的板面與磁場(chǎng)垂直,板內(nèi)通有圖示方向的電流a、b分別是銅板的左右邊緣的兩點(diǎn)，則

A.電勢(shì)φa>φbB.電勢(shì)φa<φbC.電流增大,φa-φb增大

D.其它條件不變,將銅板改為NaCl水溶液時(shí),空間各點(diǎn)的電勢(shì)大小與銅板導(dǎo)電時(shí)的情況一樣abI

分析：銅板中導(dǎo)電的電荷是電子，定向移動(dòng)的速度方向與電流的方向相反，由左手定則可判斷電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的方向偏向a側(cè)，a板帶負(fù)電，b板帶正電，發(fā)生霍爾效應(yīng)，電勢(shì)φa<φb。

穩(wěn)定時(shí)，電子受力平衡電解質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的Na離子和Cl離子受磁場(chǎng)力作用均偏向b側(cè),使b側(cè)離子濃度大于a側(cè)的離子濃度,則NaCl水溶液中各處電勢(shì)都相等.三、電磁流量計(jì)1、用途：測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量

（單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。bac2、模型：橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道，中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的

a、b、c，兩端與輸送液體的管道相連（圖中虛線），上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料。

3、工作原理：

將流量計(jì)放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體（正、負(fù)離子）流經(jīng)該管道時(shí)，導(dǎo)體上下表面帶電，最終會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（此時(shí)上、下表面間的電壓即為電源的電動(dòng)勢(shì)）。此后的導(dǎo)體流體將在管中做勻速運(yùn)動(dòng)，流過管內(nèi)橫截面的流體的體積保持穩(wěn)定。這時(shí)，就可測(cè)出：導(dǎo)電液體的流量Q（單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。bacBQ=vS=vbcQ的計(jì)算公式：例：將流量計(jì)放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,磁場(chǎng)方向垂直前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體流經(jīng)流量計(jì)的流量穩(wěn)定時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面間接入電阻R和電流表。若用I表示測(cè)得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為A．I(bR+ρc/a)/BB．I(aR+ρb/c)/BC．I(cR+ρa(bǔ)/b)/BD．I(R+ρbc/a)

/BbacBAR（1）流量計(jì)上、下兩面間穩(wěn)定的電勢(shì)差為：

由qU/c=qvB得：U=Bcv（2）電源內(nèi)阻：r=

ρl/S=ρc/ab（3）由I=E/(R+ρc/ab)Bcv=I(R+ρc/ab)

得：v=I(R+ρc/ab)/Bc

Q=vS=vbc=I(bR+ρc/a)/BbacBAR+-例：一塊金屬立方體三邊長(zhǎng)度分別為a、b、c，將它連在直流電路中，電流表A的示數(shù)為I，如圖所示．現(xiàn)于空間加上方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，并于金屬塊前后兩表面之間連接一個(gè)直流電壓表V，其示數(shù)為U．試求：（1）電壓表接線柱m、n中哪一個(gè)是正接線柱？哪一個(gè)是負(fù)接線柱？（2）金屬中的載流子（自由電子）的定向運(yùn)動(dòng)的速率v多大？（3）金屬中的載流子密度n多大？n：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)由電荷數(shù)1）n、m誰是正接線柱？2）電子的速度v：

霍爾電勢(shì)差為U3）載流子的密度n：n為正、m為負(fù)由：I=nesv，得：

在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)金屬或在醫(yī)療器件中抽動(dòng)血液等導(dǎo)電液時(shí),由于不允許傳動(dòng)的機(jī)械部分與這些液體相接觸,常使用一種電磁泵,圖中表示這種電磁泵的結(jié)構(gòu),將導(dǎo)管放在磁場(chǎng)中,當(dāng)電流穿過導(dǎo)電液體時(shí),這種液體即被驅(qū)動(dòng).問:(1)這種電磁泵的原理是什么?(2)導(dǎo)電管的截面積為a×b,磁場(chǎng)的寬度為L(zhǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,液體穿過磁場(chǎng)區(qū)域的電流強(qiáng)度為I,求驅(qū)動(dòng)力造成的壓強(qiáng)差為多少?LabSNvIB例：如圖所示,矩形管長(zhǎng)為l，寬為d，高為h，上下兩表面是絕緣體，相距為d的兩側(cè)面是導(dǎo)體,并用粗導(dǎo)線M、N相連接。令電阻率為ρ的水銀充滿矩形管，并且源源不斷地流過該矩形管，已知水銀勻速通過管子的速度與管子兩端的壓強(qiáng)差成正比,

且當(dāng)管兩端壓強(qiáng)差為p時(shí)，水銀流速為v0.今在矩形管所在的區(qū)域，加一個(gè)與管子的上下平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。穩(wěn)定后，求：水銀在管子的流速。hdlMNB

當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)由題意知p=kv0，當(dāng)加上磁場(chǎng)時(shí)，水銀中的正離子和自由電子運(yùn)動(dòng)方向相同（但它們兩者的電流方向相反），則它們?cè)诖艌?chǎng)洛侖茲力的作用下分別向前后兩個(gè)側(cè)面運(yùn)動(dòng)，即分別在矩形管前后兩個(gè)側(cè)面相聚，于是在導(dǎo)線MN及水銀中產(chǎn)生橫向回路電流，該回路電流在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受安培力作用，安培力F的方向與水銀流動(dòng)方向相反，從而在水銀管兩端產(chǎn)生附加壓強(qiáng)△p，則又如圖為家用微波爐磁控管的示意圖，一群電子在垂直與管的某截面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)（圖中虛線所示），管內(nèi)有平行管軸線方向的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在運(yùn)動(dòng)中這群電子時(shí)而接近電極1，時(shí)而接近電極2，從而使電極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生周期性變化，由于這一群電子散布的范圍很小，可以看作集中與一點(diǎn)，共有N個(gè)電子，每個(gè)電子的電量為e，質(zhì)量為m，設(shè)這群電子圓形軌道的直徑為D，電子群離電極1端點(diǎn)P的最短距離為r（1）這群電子做圓周運(yùn)動(dòng)的速率、頻率各是多少？（2）在電極1的端點(diǎn)P處，