电磁学仪器

常见电磁仪器

一.速度选择器

1.如图所示的平行板器件中．电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有

不同水平速度的带电粒子从P孔射入后发生偏转的情况不同。利用这种装置能

把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。若正离子(不计

重力)以水平速度射入速度选择器，则

A正离子从P孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器

B正离子从Q孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器

C仅改变离子的电性，负离子从P孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器

D仅改变离子的电量，正离子从P孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器

2.如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图。K为电子枪，由枪中沿

KA方向射出的电子，速率大小不一。当电子通过方向互相垂直的均匀电场和

磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S。设产生匀强电场

的平行板间的电压为300 V，间距为5 cm，垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度

为0.06 T，问：

(1)磁场的指向应该向里还是向外？

(2)速度为多大的电子才能通过小孔S？

二.磁流体发电机

1.磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能。下

图是磁流体发电机的装置：A、B组成一对平行电极，两极间距为d，内有

磁感强度为B的匀强磁场，现持续将一束等离子体(即高温下电离的气体，

含有大量带正电和带负电的带电粒子，而整体呈中性)垂直喷射入磁场，A、

B两板间便产生电压。A、B板哪一个是发电机的正极________每个离子的

速度为v，电量大小为q，稳定时，磁流体发电机的电动势E＝________

2.如图是磁流体发电机原理示意图．设平行金属板间距为d，发电通道长为a、

宽为b，其间有匀强磁场，磁感应强度为B，导电流体的流速为v，电阻率为，

负载电阻为R，导电流体从一侧沿垂直磁场且与极板平行方向射入极板间，求：

（1）该发电机产生的电动势；（2）负载R上的电流I；

（3）求磁流体发电机总功率p；（4）为了使导电流体以恒定的速度v通过磁

场，发电通道两端需保持一定的压强差△p。试计算△p。

三.电磁流量计

1.电磁流量计的原理图如图所示，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液体的管道相连

接（图中的虚线）．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为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前

后两面．当导电液体稳定地流过流量计时，在管道外将流量计上、下表面分

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，求得流量（流量等于单位时间内流过的体积）

2.为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装

如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、

c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加方向向下的匀强磁场，在

前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极与电压表V相连．含有正、

负离子的污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极

间的电压。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是

A．前表面比后表面电势低

B．前表面比后表面电势高

C．污水中正、负离子浓度越高电压表的示数将越大

D．两极间的电压与污水流量Q成正比

四.霍尔元件

1.霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的

磁传感器产品族，得到广泛应用。如图为某霍尔元件的工作原理示意图，

该元件中电流I由正电荷定向运动形成。下列说法中正确的是

A．M点电势比N点电势高

B．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度

C．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量

D．若保持电流I恒定，则霍尔电压U H与B成正比例

2.霍尔元件是能把磁感应强度B转化为电学量的元件．使用霍尔元件

可制成多种传感器，应用在与磁场有关的自动控制系统中．如

图所示，为一厚度为h，宽度为d的长方体霍尔元件．当磁感

应强度为B，导体中电流为I时，霍尔电压为U．若该霍尔元

件中电流是由电子移动形成的，用n表示霍尔元件中单位体积

中电子的个数，e表示电子的电荷量．

（1）产生霍尔电压的非静电力是由什么力提供？比较A、A＇

两侧面电势的高低；

（2）推导霍尔电压的表达式，并写出霍尔系数k的表达式．

五.回旋加速器

1.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两

个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是

A．回旋加速器只能用来加速正离子

B．离子从D形盒之间空隙的电场中获得能量

C．离子在磁场中做圆周运动的周期是加速交变电压周期的一半

D．离子在磁场中做圆周运动的周期是加速交变电压周期的2倍

2. 1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。

某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图为俯视图乙。回旋加速器的核心部分为D形盒，D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强在场，且与D形

盒盒面垂直。两盒间狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。D 形盒半径为R ，磁场的磁感应强度为B 。设质子从粒子源A 处时入加速电场的初速度不计。质子质量为m 、电荷量为+q 。加速器接一定涉率高频交流电源，其电压为U 。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

(1)求质子第1次经过狭缝被加速后进入D 形盒运动轨道的半径r 1；

(2)求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t ；

(3)如果使用这台回旋加速器加速α粒子，需要进行怎样的改动？请写出必要的分析及推理。

六.磁电式电流表 1.如图所示是磁电式电流表的结构示意图，关于磁电式仪表，以下说法正确的

是（ ）

A.使通电线圈转动的动力矩是安培力的力矩

B.线圈和指针偏转的角度越大，说明安培力产生的力矩越大

C.线圈停止转动时，两个螺旋弹簧产生的阻力矩与安培力矩相平衡

D.根据指针偏转角度的大小，就可以知道被测电流的强弱

2. 如图，是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是

均匀地辐向分布，线圈中a 、b 两条导线长均为l ，通以图示方向

的电流I ，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B ．则

A ．该磁场是匀强磁场

B ．线圈平面总与磁场方向垂直

C ．线圈将逆时针方向转动

D ．a 、b 导线受到的安培力大小总为IlB