2021年高中物理20种电磁学仪器之令狐文艳创作

高中物理20种电磁学仪器

令狐文艳

1.电视机原理

1.电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示.磁场方向垂直于圆面.磁场区的中心为O，半径为r.当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M 点.为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多少？

解析：如图所示，电子在磁场中沿圆弧ab运动，圆心为O，半径为R，以v表示电子进入磁=场时的速度，m、e分别表示

2.电磁流量计

2.电磁流量计广泛应用于测量可导电液体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）．为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道．其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c．流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝

缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度B 的匀强磁场，磁场方向垂直前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R 的电流表的两端连接，I 表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（ ）

A.I c bR B a ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭

B.I b aR B c ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭

C.I a cR B b ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭

D.I bc R B a ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭

3.质谱仪

3.如图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图中

所示的容器A 中，使它受到电子束轰

击，失去一个电子变成正一价的分子

离子。分子离子从狭缝s1以很小的

速度进入电压为U 的加速电场区（初

速不计），加速后，再通过狭缝s2、s3射

入磁感强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁

场区的界面PQ 。最后，分子离子打到感光

片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s3的细线。若测得细线到狭缝s3的距离为d ，试导出分子离子的质量m 的表达式。

解析：以m、q表示离子的质量电量，以v表示离子从狭缝s2

射出时的速度，由功能关系可得射入磁场后，在

洛仑兹力作用下做圆周运动，由牛顿定律可得式中R为圆的半径。感光片上的细黑线到s3缝的距离d＝

2R解得

4.磁流体发电

4.磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻R1相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为v0，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差△p 维持恒定，求：

（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；

（2）磁流体发电机的电动势E的大小；

（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P。

解析：（1）不存在磁场时，由力的平衡得（2）设磁场存在时的气体流速为v，则磁流体发电机的电动势回

路中的电流电流I受到的安培力设F'为存在磁场时的摩擦阻力，依题意存在磁场时，由力的平

衡得根据上述各式解得（3）磁流体发电机发电导管的输入功率由能量守恒定律得

故

5.发电机

5.图1中是一台发电机定子中的磁场分布图，其中N、S 是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿圆柱半径、大小近似均匀的磁场，磁感强度

B=0.50T，图2是该发电机转子的示意图（虚线表示定子的铁芯M）．矩形线框abcd可绕过ad、cb边的中点并与图1中的铁芯M共轴的固定转轴oo′旋转，在旋转过程中，线框的ab、cd边始终处在图1所示的缝隙内的磁场中．已知ab边长L1=20.0cm，ad边长L2=10.0cm线框共有N=8匝导线．将发电机的输出端接入图中的装置K后，装置K能使交流电变成直流

电，而不改变其电压的大小．直流电的另一个输出端与一可变电阻R 相连，可变电阻的另一端P 是直流电的正极，直流电的另一个输出端Q 是它的负极．图3是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图，其中A 、B 是两块纯铜片，插在CuSO 4稀溶液中，铜片与引出导线相连，引出端分别为x 、

y ．现把直流电的正、负极与两铜片的引线端相连，调节R ，使CuSO 4溶液中产生I=0.20A 的电流．假设发电机的内阻可忽略不计，两铜片间的电阻r 是恒定的，线圈转动的角速度ω=200rad/s ，求：（1）每匝线圈中的感应电动势的大小．（2）可变电阻R 与A 、B 间电阻r 之和．

解析：（1）设线框边的速度为，则有：2

2l v ω

=， 一匝线圈中的感应电动势为：E 1=2Bl 1v ，代入数据解得：E 1=0.31V （2）N 匝线圈中的总感应电动势为：E=NE 1由欧姆定律，得：E=I （r+R ），代入数字解得：r+R=12Ω

6.加速度计

6.串列加速器是用来产生高能离子的装置，图中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b 处有很高的正电势U ，a 、c 两端均有电极接地（电势

为零）。现将速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达b处时，可被设在b处的特殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动，已知碳离子的质量m=2.0×10-26㎏，U=7.5×105V，B=0.50T，n=2，基元电荷e=1.6×10-19C ，求R。

6.电子称

6.在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量，如图所示为电子秤的原理图，托盘和弹簧的电阻与质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表示数为零。滑动变阻器的总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻的阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想表，当长盘上放上某物体时，电压表的示数为U，求此时称量物体的质量。

解析：设托盘上放上质量为m的物体时，弹簧的压缩量为x，由题设知：，则由全电路欧姆定律知：

，联立求解得

8.喷墨打印机

8.喷墨打印机的结构简图如图所示，其中墨盒可以发出墨汁微滴，此微滴经过带电室时被带上负电，带电的多少由计算