速度选择器、磁流体发电机专题PPT课件
《磁流体发电简述》课件
磁流体发电的技术瓶颈与挑战
• 系统集成与优化技术：如何将各个组件高效集成 并优化系统性能，降低制造成本是另一大挑战。
磁流体发电的技术瓶颈与挑战
03
技术更新换代
成本控制
环境保护
随着科技发展，磁流体发电技术需要不断 更新换代以满足更高的能源需求。
实验结果与分析
结果分析
实验结果表明，磁流体发电机的性能受到多种因素的影响，包括磁场强 度、流体温度和流速等。
通过调整实验参数，可以优化磁流体发电机的性能，提高其发电效率。
模拟研究与结果分析
01
模拟方法
02
使用数值模拟软件，如ANSYS Maxwell或COMSOL
Multiphysics等，建立磁流体发电机的数学模型。
《磁流体发电简述》ppt课件
目录
• 磁流体发电的基本原理 • 磁流体发电的应用 • 磁流体发电的发展现状与前景 • 磁流体发电的实验研究与模拟 • 结论与展望
01
磁流体发电的基本原理
磁流体发电的定义
• 磁流体发电：利用高温、高速的导电流体在磁场中受 到洛伦兹力作用而产生的电动势进行发电的技术。
磁流体发电能够为航天器提供高 效、可靠的能源，尤其在深空探 测任务中，能够确保能源的持续 供应。
推进系统优化
磁流体发电技术也可应用于航天 器的推进系统，提高推进效率， 减少推进剂的消耗。
磁流体发电在工业领域的应用
高效能源利用
磁流体发电技术能够提高工业生产过 程中的能源利用效率，降低能耗和生 产成本。
降低磁流体发电成本，使其在市场上更具 竞争力是当前的重要任务。
随着环保意识的提高，如何实现磁流体发 电的环保生产也是一大挑战。
质谱仪 磁流体 速度选择器 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册
练习2．磁流体发电是一项新兴技术。如图所示， 平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大 量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷 入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极 板与用电器相连，下列说法不正确的是（ ）
A．用电器中的电流方向从A到B B．若只增大带电粒子电荷量，发电机的电动势增大 C．若只增强磁场，发电机的电动势增大 D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
求（1）通过 R 的电流方向（向左还是向右）； （2）分析说明 MN 棒的运动情况； （3）R 上最大的电功率 P m ； （4）当 R 上电功率达到 P m 后，分析说明 MN 棒的机械能是否随下
落高度均匀变化。
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7.电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成；工作(加热)部分： 由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成．S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时， 自动断开，且不能自动复位，S2是一个金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭 合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起__作用．R3是发热电阻，接通电源并闭合S1后，黄灯 熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下 时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(选填“<”“＝”或“>”)，当用电饭煲烧水时， S1________(选填“会”或“不会”)自动断开．
高二物理人教版选修二
带电粒子在电场、磁场的运动应用
速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器
2023/4/13
第三课时带电粒子在复合场中的运动省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
典例剖析
【例1】 如图所示,匀强磁场垂直纸面对里,有一足够长旳等
腰三角形绝缘滑槽,两侧斜槽与水平面夹角为α,在斜槽顶点
两侧各放一种质量相等､带等量负电荷旳小球A和B,两小球
与斜槽旳动摩擦因数相等,且μ< 止释放,下面说法正确旳是( )
ta将n两 小, 球同步由静
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A.两球沿斜槽都做匀加速运动,且aA=aB B.两球沿斜槽都做匀加速运动,且aA>aB C.两球沿斜槽都做变加速运动,且aA>aB D.两球沿斜槽旳最大位移关系是:sA=sB
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(1)洛伦兹力为零(即v与B平行),重力与电场力平衡,做匀速直 线运动;或重力与电场力旳合力恒定做匀变速运动.
(2)洛伦兹力F与速度v垂直,且与重力和电场力旳合力(或其中 一种力)平衡.做匀速直线运动.
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2.当带电粒子所受合外力充当向心力,带电粒子做匀速圆周运 动.因为一般情况下,重力和电场力为恒力,故不能充当向心 力,所以一般情况下是重力恰好与电场力相平衡,洛伦兹力 充当向心力.
典例剖析 【例2】 如图所示,在空间存在着水平方向旳匀强磁场和竖直
方向旳匀强电场,电场强度为E,磁感应强度为B.在某点由静 止释放一种带电液滴a,它运动到最低点处,恰与一种原来处 于静止旳液滴b相撞,相撞后两液滴合为一体,沿水平方向做 直线运动.已知液滴a质量是液滴b质量旳2倍,液滴a所带电 荷量是液滴b所带电荷量旳4倍.求两液滴旳初始位置之间 旳高度差h(设a、b之间旳静电力能够不计).
a mg FN g (qE qvB)
m
m
由上式知a随v旳增长而增长,即小球做加速度增长旳加速运动
. 当qvB=qE,即速度增大 v E 时,
速度选择器、磁流体发电机专题
磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、
b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向
两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在
磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，
血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电
场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为
电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大；
若大于这一速度？
将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小， 洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。
2.磁流体发电机
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，右图是它的示意图，平行金属板A、 B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下 电离的气体，含有大量正、负带电粒子）高速喷入磁 场，由于洛伦兹力的作用，正离子向B板偏转，负离子 向A板偏转，大量电荷积累， AB两板间便产生电压。 如果把AB和用电器连接，AB就是一个直流电源的两个 电极。
在一个通有电流的导体板上，垂直于板面
施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电
势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳
发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳
电势差 。
B
UH
d
b
vVF1mEH
I
Fe
V2
B
UH
d
bHale Waihona Puke VF1mEHFe v
V2
霍耳 I
图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管 道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁 场区域时，测出管壁上的ab两点间的电动势U，就可 以知道管中液体的流量Q---单位时间内流过液体的体
回旋加速器磁流体发电机霍尔效应电磁流量计PPT课件
五、霍尔效应
1、定义：当通有电流的导体处在垂直于电流方向的磁场中 时，
金属导体 会在导体的上、下表面产生电压，这一现象称为
~
I
f
v
d
fE
qE
2、霍尔电压：导体的上、下表面所达到的稳定的电压。
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3、霍尔电压的计算式：
当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系
为：
UH
谢谢您的观看！
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水银在管子的流速。
B
M
d
N
h l
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当不加磁场时由题意知 p =kv0，当加上磁场时，
水银中的正离子和自由电子运动方向相同（但它们两者的电
流方向相反），则它们在磁场洛仑兹力的作用下分别向前后
两个侧面运动，即分别在矩形管前后两个侧面相聚，于是在
导线 MN 及水银中产生横向回路电流，该回路电流在磁场
表示这种电磁泵的结构,将导管放在磁场中,当电
流穿过导电液体时,这种液体即被驱L动. I问: (1)这种电磁泵的原理是什么? N
(2)导电管的截面积为a×b,磁
v
场的宽度为L,磁感应强度为B,液
体穿过磁场区域的电流强度为I,
b
求驱动力造成的压强差为多少? a
S B
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例：如图所示,矩形管长为l，宽为d，高为h，上下两表面
v0
v
pv0 B2v0l p
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如图为家用微波炉磁控管的示意图，一群电子在
垂直与管的某截面内做匀速圆周运动（图中虚线所示），
管内有平行管轴线方向的磁场， 磁感应强度为B，在运动
中这群电子时而接近电极1，时而接近电极2，从而使电
考点17：速度选择器、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应
考点17：速度选择器、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应一台质谱仪的工作原理如图2所示．大量的带电荷量为＋q 、质量为2m 的离子飘入电压为U 0的加速电场，其初速度忽略不计，经加速后，通过宽为L 的狭缝MN 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后打到照相底片上．图中虚线为经过狭缝左、右边界M 、N 时离子的运动轨迹．不考虑离子间的相互作用．图2(1)求离子打在底片上的位置到N 点的最小距离x ；(2)在图中用斜线标出磁场中离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度d . 答案 (1)4BmU 0q－L (2)见解析图2BmU 0q－4mU 0qB 2－L 24解析 (1)设离子在磁场中的运动半径为r 1， 在电场中加速时，有qU 0＝12×2m v 2在匀强磁场中，有q v B ＝2m v 2r 1解得 r 1＝2BmU 0q根据几何关系x ＝2r 1－L ， 解得x ＝4BmU 0q－L . (2)如图所示，最窄处位于过两虚线交点的垂线上d ＝r 1－r 12－(L 2)2解得d ＝2BmU 0q－4mU 0qB 2－L 24变式1 (2016·全国卷Ⅰ·15)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图3所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍．此离子和质子的质量比约为( )图3A ．11B ．12C ．121D ．144 答案 D解析 由qU ＝12m v 2得带电粒子进入磁场的速度为v ＝2qUm，结合带电粒子在磁场中运动的轨迹半径R ＝m v Bq ，联立得到R ＝1B2mUq，由题意可知，该离子与质子在磁场中具有相同的轨道半径和电荷量，故离子和质子的质量之比m 离子m 质子＝144，故选D.4．(多选)如图4是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E .平板S 上有可让粒子通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A 1A 2.平板S 下方有磁感应强度为B 0的匀强磁场．下列表述正确的是( )图4A ．质谱仪是分析同位素的重要工具B ．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于EBD ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的比荷越小 答案 ABC解析 质谱仪是分析同位素的重要工具，A 正确；带电粒子在速度选择器中沿直线运动时，所受电场力和洛伦兹力应等大反向，结合左手定则可知B 正确；由qE ＝q v B 可得v ＝EB ，C 正确；粒子在平板S 下方的匀强磁场中做匀速圆周运动，由q v B 0＝m v 2R 得R ＝m v qB 0，所以qm ＝v B 0R ，故粒子越靠近狭缝P ，粒子的比荷越大，D 错误．7．(多选)如图7所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道中心线的半径为R ，通道内均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E ，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向外．一质量为m 、电荷量为q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q 点．不计粒子重力．下列说法正确的是( )图7A ．极板M 比极板N 的电势高B ．加速电场的电压U ＝ERC ．直径PQ ＝2B qmERD ．若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同一点，则该群粒子具有相同的比荷 答案 AD解析 粒子在静电分析器内沿电场线方向偏转，说明粒子带正电荷，极板M 比极板N 的电势高，选项A 正确；由Uq ＝12m v 2和Eq ＝m v 2R 可得U ＝ER2，选项B 错误；在磁场中，由牛顿第二定律得q v B ＝m v 2r ，即r＝m v qB ，直径PQ ＝2r ＝2m vBq＝2ERmB 2q，可见只有比荷相同的粒子才能打在胶片上的同一点，选项C 错误，D 正确．8．一台质谱仪的工作原理图如图8所示，电荷量均为＋q 、质量不同的离子飘入电压为U 0的加速电场，其初速度几乎为零．这些离子经加速后通过狭缝O 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场，最后打在底片上．已知放置底片的区域MN ＝L ，且OM ＝L .某次测量发现MN 中左侧23区域MQ 损坏，检测不到离子，但右侧13区域QN 仍能正常检测到离子．在适当调节加速电压后，原本打在MQ 区域的离子即可在QN 区域检测到．图8(1)求原本打在MN 中点P 点的离子质量m ；(2)为使原本打在P 点的离子能打在QN 区域，求加速电压U 的调节范围．答案 (1)9qB 2L 232U 0 (2)100U 081≤U ≤16U 09解析 (1)离子在电场中加速时有qU 0＝12m v 2，在磁场中做匀速圆周运动由洛伦兹力提供向心力得q v B ＝m v 2r 0，解得r 0＝1B2mU 0q ，代入r 0＝34L ，解得m ＝9qB 2L 232U 0. (2)由(1)知，U ＝16U 0r 29L 2，离子打在Q 点r ＝56L ，U ＝100U 081，离子打在N 点r ＝L ，U ＝16U 09，则电压的调节范围为100U 081≤U ≤16U 09.6．如图6所示为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D 形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A 处开始加速．已知D 形盒的半径为R ，磁场的磁感应强度为B ，高频交变电源的电压为U 、频率为f ，质子质量为m ，电荷量为q .下列说法错误的是( )图6A ．质子的最大速度不超过2πRfB ．质子的最大动能为q 2B 2R 22mC ．质子的最大动能与电压U 无关D ．只增大磁感应强度B ，可减小质子的最大动能 答案 D(2018·山东省泰安市上学期期末)回旋加速器的工作原理如图5所示，置于真空中的两个D 形金属盒半径为R ，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．磁感应强度为B 的匀强磁场与盒面垂直. 设两D 形盒之间所加的交流电压为U ，被加速的粒子质量为m 、电荷量为q ，粒子从D 形盒一侧开始被加速(初动能可以忽略)，经若干次加速后粒子从D 形盒边缘射出．求：图5(1)粒子从静止开始第1次经过两D 形盒间狭缝加速后的速度大小； (2)粒子第一次进入D 形盒磁场中做圆周运动的轨道半径； (3)粒子至少经过多少次加速才能从回旋加速器D 形盒射出． 答案 (1)2qU m (2)1B2mU q (3)qB 2R 22mU解析 (1)粒子在电场中被加速，由动能定理qU ＝12m v 12得：v 1＝2qUm(2)带电粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得，q v 1B ＝m v 12r 1解得：r 1＝m v 1qB代入数据得：r 1＝1B2mUq(3)若粒子从回旋加速器D 形盒射出，则粒子做圆周运动的轨道半径为R ，设此时速度为v n 由洛伦兹力提供向心力得q v n B ＝m v n 2R ，解得此时粒子的速度为v n ＝BqRm此时粒子的动能为E k ＝12m v n 2，代入数据得E k ＝q 2B 2R 22m粒子每经过一次加速动能增加qU ，设经过n 次加速粒子射出，则nqU ＝E k ，代入数据解得：n ＝qB 2R 22mU .变式2 (2018·湖南省常德市期末检测)某种回旋加速器的设计方案如图6甲所示，图中粗黑线段为两个正对的极板，两个极板的板面中部各有一狭缝(沿OP 方向的狭长区域)，带电粒子可通过狭缝穿越极板(如图乙所示)，当带电粒子每次进入两极板间时，板间电势差为U (下极板电势高于上极板电势)，当粒子离开两极板后，极板间电势差为零；两细虚线间(除开两极板之间的区域)既无电场也无磁场；其他部分存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直纸面．在离子源S 中产生的质量为m 、电荷量为q (q >0)的离子，由静止开始被电场加速，经狭缝中的O 点进入磁场区域，O 点到极板右端的距离为D ，到出射孔P 的距离为4D ，已知磁感应强度大小可以调节，离子从离子源上方的O 点射入磁场区域，最终只能从出射孔P 射出，假设离子打到器壁或离子源外壁则即被吸收．忽略相对论效应，不计离子重力，求：图6(1)离子从出射孔P 射出时磁感应强度的最小值； (2)调节磁感应强度大小使B 1＝5D 2mUq，计算离子从P 点射出时的动能． 答案 (1)1DmU2q(2)64qU 解析 (1)设离子从O 点射入磁场时的速率为v ，有qU ＝12m v 2设离子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为r ，q v B ＝m v 2r若离子从O 点射出后只运动半个圆周即从孔P 射出，有：r ＝2D 此时磁感应强度取得最小值，且最小值为B min ＝1DmU 2q； (2)若B 1＝5D2mU q ，根据q v B ＝m v 2r ，解得r 1＝D5分析可知离子在磁场中运动半圈后将穿过上极板进入电场区域做减速运动，速度减到零后又重新反向加速至进入时的速率，从进入处再回到磁场区域，因为r 1＝D5，这样的过程将进行2次．由几何关系可知，离子将在距P 点16D5的位置经电场加速进入磁场绕过两极板右端从下极板进入电场区域再次被加速，半径不断增大，但每次从下极板进入电场的位置相同，经过多次加速后离子从孔P 射出时的半径满足r n ＝8D5，此时速度最大设为v m ，根据q v m B 1＝m v m 2r n ，解得：v m ＝82qUm从P 射出时的动能为E k ＝12m v m 2＝64qU .1．在如图1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．一带电粒子(重力不计)从左端以速度v 沿虚线射入后做直线运动，则该粒子( )图1A ．一定带正电B ．速度v ＝EBC ．若速度v ＞EB ，粒子一定不能从板间射出D ．若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动 答案 B解析 粒子带正电和负电均可，选项A 错误；由洛伦兹力等于电场力，可得q v B ＝qE ，解得速度v ＝EB ，选项B 正确；若速度v ＞EB ，粒子可能从板间射出，选项C 错误；若此粒子从右端沿虚线方向进入，所受电场力和洛伦兹力方向相同，不能做直线运动，选项D 错误．2.(多选)如图2所示，a 、b 是一对平行金属板，分别接到直流电源的两极上，使a 、b 两板间产生匀强电场(场强大小为E )，右边有一块挡板，正中间开有一小孔d ，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向里．从两板左侧中点c 处射入一束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d 孔射出后分成三束，则下列判断正确的是( )图2A ．这三束正离子的速度一定不相同B ．这三束正离子的比荷一定不相同C ．a 、b 两板间的匀强电场方向一定由a 指向bD ．若这三束离子改为带负电而其他条件不变，则仍能从d 孔射出 答案 BCD解析 因为三束正离子在两极板间都是沿直线运动的，电场力等于洛伦兹力，可以判断三束正离子的速度一定相同，且电场方向一定由a 指向b ，A 错误，C 正确；在右侧磁场中三束正离子运动轨迹半径不同，可知这三束正离子的比荷一定不相同，B 正确；若将这三束离子改为带负电，而其他条件不变的情况下分析受力可知，三束离子在两板间仍做匀速直线运动，仍能从d 孔射出，D 正确．如图8所示是一速度选择器，当粒子速度满足v 0＝EB 时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度v射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是( )图8A ．粒子射入的速度一定是v >EBB ．粒子射入的速度可能是v <EBC ．粒子射出时的速度一定大于射入速度D ．粒子射出时的速度一定小于射入速度 答案 B(多选)如图10所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P 、Q 之间有一个很强的磁场．一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P 、Q 与电阻R 相连接．下列说法正确的是( )图10A ．Q 板的电势高于P 板的电势B ．R 中有由a 向b 方向的电流C ．若只改变磁场强弱，R 中电流保持不变D ．若只增大粒子入射速度，R 中电流增大 答案 BD解析 等离子体进入磁场，根据左手定则，正离子向上偏，打在上极板上，负离子向下偏，打在下极板上，所以上极板带正电，下极板带负电，则P 板的电势高于Q 板的电势，流过电阻R 的电流方向由a 到b ，故A 错误，B 正确；依据电场力等于洛伦兹力，即为q U d ＝q v B ，则有U ＝Bd v ，再由闭合电路欧姆定律I ＝U R ＋r ＝Bd vR ＋r，电流与磁感应强度成正比，故C 错误；由上分析可知，若只增大粒子的入射速度，R 中电流会增大，故D 正确．5．(多选)(2018·甘肃省兰州市三诊)如图5所示为磁流体发电机的原理图，将一束等离子体(带有等量正、负离子的高速离子流)喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A 、B ，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压．如果射入的等离子体速度为v ，两金属板间距离d ，板的正对面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，方向与速度方向垂直，负载电阻为R .当发电机稳定发电时电动势为E ，电流为I ，则下列说法正确的是( )图5A ．A 板为发电机的正极B ．其他条件一定时，v 越大，发电机的电动势E 越大C ．其他条件一定时，S 越大，发电机的电动势E 越大D ．板间等离子体的电阻率为S d (Bd v I －R )答案 BD(2018·山东省淄博一中三模)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了如图12所示的长方体流量计．该装置由绝缘材料制成，其长、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一匀强磁场，前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M 、N 两端间的电压表将显示两个电极间的电压U .若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )图12A ．M 端的电势比N 端的高B ．电压表的示数U 与a 和b 均成正比，与c 无关C ．电压表的示数U 与污水的流量Q 成正比D ．若污水中正、负离子数相同，则电压表的示数为0 答案 C解析 根据左手定则知，正离子所受的洛伦兹力方向向里，则向里偏转，N 端带正电，M 端带负电，则M 端的电势比N 端电势低，故A 错误； 最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有：q v B ＝q Ub ，解得U＝v Bb ，电压表的示数U 与b 成正比，与污水中正、负离子数无关，故B 、D 错误；因v ＝UBb ，则流量Q＝v bc ＝Uc B ，因此U ＝BQc，所以电压表的示数U 与污水流量Q 成正比，故C 正确．3．(2018·山东省济宁市模拟)为监测某化工厂的含有离子的污水排放情况，技术人员在排污管中安装了监测装置，该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔，其宽和高分别为b 和c ，左、右两端开口与排污管相连，如图3所示．在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B 的匀强磁场，在空腔前、后两个侧面上各有长为a 的相互平行且正对的电极M 和N ，M 、N 与内阻为R 的电流表相连．污水从左向右流经该装置时，电流表将显示出污水排放情况．下列说法中错误的是( )图3A ．M 板比N 板电势低B ．污水中离子浓度越高，则电流表的示数越小C ．污水流量越大，则电流表的示数越大D ．若只增大所加磁场的磁感应强度，则电流表的示数也增大 答案 B解析 污水从左向右流动时，根据左手定则，正、负离子在洛伦兹力作用下分别向N 板和M 板偏转，故N 板带正电，M 板带负电，A 正确．稳定时带电离子在两板间受力平衡，可得q v B ＝q Ub ，此时U ＝Bb v ，又因流速v ＝Q S ＝Q bc ，故U ＝BbQ bc ＝BQc ，式中Q 是流量，可见当污水流量越大、磁感应强度越强时，M 、N间的电压越大，电流表的示数越大，而与污水中离子浓度无关，B 错误，C 、D 正确．9．(2018·福建省龙岩市一模)环保部门为了监测某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图9所示的流量计．该装置的外形为一长方体，由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口，在垂直于上下表面加磁感应强度为B 的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，电阻率为ρ的污水从左向右匀速流经该装置时，接在两电极间的理想电压表显示两个电极间的电压为U ，求：图9(1)该装置内电场场强的大小和方向；(2)污水的流量Q (单位时间内排出的污水体积)；(3)若从两个电极引出两条导线，导线间接一阻值为R 的电阻时理想电压表的示数． 答案 (1)U b 方向指向纸外(或由后侧面指向前侧面) (2)Uc B (3)RacRac ＋ρbU解析 (1)根据匀强电场场强的公式得：E ＝Ub ，因为正、负离子在流动时，根据左手定则可知，正离子受洛伦兹力向后侧面偏转，负离子受洛伦兹力向前侧面偏转，故后侧面上带正电，前侧面上带负电，故后侧面电势比前侧面高，故场强的方向指向纸外或由后侧面指向前侧面 (2)最终正、负离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有：Eq ＝q v B 又Q ＝v S ＝v cb 联立解得：Q ＝UcB(3)根据电阻定律有：r ＝ρbac根据串联电路的特点有：U 1R ＝UR ＋r联立得：U 1＝RacRac ＋ρb U(多选)(2018·华南师大附中三模)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图14所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B 垂直于霍尔元件的工作面向下，当元件中通入图示方向的电流I 时，C 、D 两侧面会形成一定的电势差U .下列说法中正确的是( )图14A ．若C 侧面电势高于D 侧面，则元件中形成电流的载流子带负电B ．若C 侧面电势高于D 侧面，则元件中形成电流的载流子带正电 C ．在地球南、北极上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置时U 最大D ．在地球赤道上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置且与地球经线垂直时，U 最大 答案 AD解析 若元件的载流子带负电，由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力方向向D 侧面偏，则C 侧面的电势高于D侧面的电势，故A正确；若元件的载流子带正电，由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力方向向D侧面偏，则D侧面的电势高于C侧面的电势，故B错误；在测地球南、北极上方的地磁场强弱时，因磁场方向竖直，则元件的工作面保持水平时U最大，故C错误；地球赤道上方的地磁场方向水平，在测地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，当与地球经线垂直时U最大，故D正确．。
专题5速度选择器与磁流体发电机(解析版)
专题五速度选择器与磁流体发电机基本知识点1．速度选择器：(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．(2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器时的速度是v＝EB.(见下图)2．速度选择器的工作原理（1）粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和磁场力作用。
（2）粒子匀速通过速度选择器的条件：电场力和洛伦兹力平衡：qE=qvB，解得v=EB，速度大小只有满足v=EB的粒子才能做匀速直线运动。
若v＜EB，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加．若v＞EB，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少．3．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能．(2)根据左手定则，如下图中的B板是发电机正极．(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等粒子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv.4．磁流体发电机的工作原理将等离子气体垂直于磁场方向喷入匀强磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A 、B 板上，产生电势差．设平行金属板A 、B 的面积为S ，相距L ，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速率为v ，板间磁场的磁感应强度为B ，板外电阻为R ，当正、负离子受到的洛伦兹力和静电力大小相等时，匀速通过A 、B 板间，此时A 、B 板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，大小即为电源的电动势E ．沿从S 极向N 极方向观察，电路如图乙所示，此时：q E L ＝Bq v ，则电动势E ＝BL v ，电源内阻r ＝ρL S由闭合电路欧姆定律知，通过R 的电流I ＝E R ＋r ＝BL v R ＋ρL S ＝BL v S RS ＋ρL ． 例题分析一、速度选择器例1 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匀强电场和匀强磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S 。
物理21.速度选择器、磁流体发电机、霍尔元件的区别
预期结果
通过狭缝后粒子的速度
经过偏转后两板间电势差
经过偏转后两侧面间电势差
决定因素
预加的场B、E：
预加磁场B、两板间距d、磁流体速度v：
预加磁场B、预加电流I、导体（载流子正负、载流子数密度n、垂直工作面的导体厚度h）：
速度选择器、磁流体发电机、霍尔元件的区别
速度选择器
磁流体发电机（电磁流量计）霍尔源自件仪器结构一个狭缝
两块极板
一块导体
预加的场
正交的电场与磁场
磁场
恒定电场（电流）、磁场
作用对象
单个的带电粒子
大量的自由正负离子
导体中的载流子
偏转情况
速度偏大或偏小，粒子的正负，都将导致粒子偏转方向相反
在稳定前，正负离子偏转方向相反，稳定后粒子不再偏转
速度选择器、磁流体体发电机洛伦兹力习题课
粒子束形成。利用速度选择器产生 单束粒子流，应用于粒子的传输和 检测系统。
02
磁流体发电机
磁流体发电机的原理
基于磁场和导电流体的相互作 用，将机械能转换为电能。
磁场由永磁体或通电线圈产生， 导电流体是离子化的气体或液 体。
当导电流体在磁场中高速流动 时，会受到洛伦兹力的作用， 使带电粒子向特定方向偏转， 从而产生电势差。
洛伦兹力实验
通过测量带电粒子在磁场中的偏转情况，可以验证洛伦兹力的存 在和计算相关物理量。
04
习题课
速度选择器的习题
1、题目
一束电子流在U0的加速电压作用下，经过一段时间加速后，从D1缝射出，进入一平行板加速器，在加速器中电子速 度减小，电势能增大，此过程电子动能变化了多少？
2、题目
一束电子流在U0的加速电压作用下，经过一段时间加速后，从D1缝射出，进入一平行板加速器，在加速器中电子速 度减小，电势能增大，此过程电子动能变化了多少？
实验设备
01
磁流体发电机实验需要磁场发生器、导电流体供应系统、测量
仪表等设备。
实验步骤
02
先对导电流体进行离子化处理，然后将其引入磁场中，调整流
速和磁场强度，观察并记录发电效果。
实验结果分析
03
对实验结果进行分析，了解磁流体发电机的性能参数和影响因
素，为优化设计提供依据。
03
洛伦兹力
洛伦兹力的定义与性质
2、题目：一束带电粒子沿水平 方向飞过静止的小球A时，粒子 束由于受到A的磁场力而稍微偏 离了原来的直线方向，则小球A
周围不可能存在的磁场是( )
A.匀强磁场 B.匀强磁场 C.匀强 磁场 D.器、磁流体 发电机与洛伦兹力习
新课标高考物理大一轮复习 物理模型8 速度选择器模型课件.ppt
U a
，因此有v＝
U Ba
，又由电流微观解释式有I＝nSqv，将v＝
U Ba
代入上式得，n＝
|qI|bBU，C正确． 答案 C
[突破训练] 1．(多选)如图所示为磁流体发电机的示意图．两块相同的金 属板A、B正对，它们之间有一个很强的匀强磁场，将一束等离 子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)以速率v喷 入磁场，A、B两板间便产生电压．已知每个金属板的面积为S， 它们间的距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B.当发电机稳定发 电时，下列说法正确的是( )
A．A板为发电机的正极 B．B板为发电机的正极 C．发电机的电动势为Bdv D．发电机的电动势为BSv
解析：选BC.根据左手定则，正带电粒子向下偏转，所以B
板带正电，为直流电源的正极，选项A错误，B正确；最终带电
粒子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有qvB＝q
E d
，解得E
＝Bdv，选项C正确，D错误．
霍尔元件两侧面间的距离．电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可
以忽略，则( )
A．霍尔元件前表面的电势低于后表面 B．若电源的正、负极对调，电压表将反偏 C．IH与I成正比 D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比
解析：选CD.根据左手定则、带电粒子在复合场中的运动及
法拉第电磁感应定律解题．
当霍尔元件通有电流IH时，根据左手定则，电子将向霍尔元 件的后表面运动，故霍尔元件的前表面电势较高．若将电源的
[典例] 如图所示，一段长方体形导电材料，左、右两端面的 边长都为a和b，内有带电荷量为q的某种自由运动电荷．导电材 料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强 度大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、 下表面之间的电压为U，且上表面的电 势比下表面的低．由此可得该导电材料 单位体积内自由运动电荷数及自由运动 电荷的正负分别为( )
2024届高考物理一轮复习课件：磁场-速度选择器及运用
P板右端的a点射出；如果在P、Q间加上方向垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场，则粒子束恰好从Q板右端的b点射出。
不计粒子的重力及粒子间的相互作用力，如果同时加上上述的电场和磁场，则（ ）B
A.粒子束将沿直线OO′运动
B.粒子束将沿曲线运动，射出点位于O′点上方
P
O v0
d
a 2d O′
C.粒子束将沿曲线运动，射出点位于O′点下方 D.粒子束可能沿曲线运动但射出点一定位于O′点 Q
积），简化为为如图的横截面为长方形的一段管道，其中空部分长、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计两端与输送流
体管道相连接，图中流量计的上、下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，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，当导电流体稳定时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表两端
Q Sv UD 4B
磁场 — 现代电磁仪器（上）
相关知识： 4.霍尔效应：
B
d
U
h
v
F洛
E
I
F电
霍尔元件： 通过测电压U确定磁感应强度B，由B可确定线圈电流I， 可作为传感器使用；
原理： qvB q U U Bvh
h
I nqvS nqvhd
B nUqd Ud (k 1 ) I kI nq
mv02 r
2dmv02 L2 d 2
qE qBv0
qvB
qE
v
E B
L2
d2 L2
v0
v0
电场力不影响运动时间： t T 4
O
v
v-v0
O
O′
磁场 — 现代电磁仪器（上）
例题1
例题2
物理重点突破第28讲 速度选择器 电磁流量计 磁流体发电机
第28讲 速度选择器 电磁流量计 磁流体发电机【方法点拨】1．速度选择器的工作原理（1）粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和磁场力作用。
（2）粒子匀速通过速度选择器的条件：电场力和洛伦兹力平衡：qE=qvB ，解得v =E B， 速度大小只有满足v =EB的粒子才能做匀速直线运动。
若v ＜EB，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加． 若v ＞EB，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少． 2、电磁流量计的工作原理导电液体中的自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下纵向偏转，a 、b 间出现电势差．当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，a 、b 间的电势差就保持稳定．设管道的直径为d ，匀强磁场的磁感应强度为B ，液体的流速为v ，离子的电荷量为q ，则q v B ＝qE ＝q Ud测出a 、b 间的电势差，即可算出液体的流量：Q ＝S v ＝π(d 2)2U Bd ＝πdU4B ．3、磁流体发电机的工作原理将等离子气体垂直于磁场方向喷入匀强磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A 、B 板上，产生电势差．设平行金属板A 、B 的面积为S ，相距L ，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速率为v ，板间磁场的磁感应强度为B ，板外电阻为R ，当正、负离子受到的洛伦兹力和静电力大小相等时，匀速通过A 、B 板间，此时A 、B 板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，大小即为电源的电动势E ．沿从S 极向N 极方向观察，电路如图乙所示， 此时：q E L ＝Bq v ，则电动势E ＝BL v ，电源内阻r ＝ρL S由闭合电路欧姆定律知，通过R 的电流I ＝ER ＋r＝BL v R ＋ρL S＝BL v S RS ＋ρL ．【对点题组】1．如图所示，一电子束垂直于电场线与磁感应线方向入射后偏向A 极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是( )A ．将变阻器滑动头P 向右滑动B ．将变阻器滑动头P 向左滑动C ．将极板间距离适当减小D ．将极板间距离适当增大2．如图是磁流体发电机的原理示意图,金属板M 、N 正对着平行放置,且板面垂直于纸面,在两板之间接有电阻R 。
专题+速度选择器和磁流体发电机+课件+高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
即F电>f洛 或者增加电场力、或者减小洛伦兹力； 增加粒子入射速度， f洛增大，A选项错误；
典例精析
例1.在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带 电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减 少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可 采取的办法是（ BC） A.增大粒子射入时的速度 B.减小磁场的磁感应强度 C.增大电场的电场强度 D.改变粒子的带电性质
A.
d S
Bdv I
R
B.
S d
Bdv I
R
C.
S d
BLv I
R
D
.
S L
Bdv I
R
解析：根据磁流体发电机原理 E电动势=Bvd
I
由题意，电流方向如图所示
设电离气体的电阻率为ρ
电离气体的电阻可表示为
R气
=
d S
典例精析
例2.如图所示，将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这 时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体速度均为v，两金 属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度 为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间。当 发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间电离气体的电阻率为( B )
电器连接，AB就是一个直流电源的两
个电极。
知知识识梳梳理理 磁流体发电机
正含
负有
磁 流
离大 子量
体
发 电
d 体
• Eq=Bqv
正电荷
B
负电荷
知知识识梳梳理理 磁流体发电机
思考
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原理
• Eq=Bqv
B
d
正电荷
负电荷
.
8
知识点四磁流体发电机
1、图中AB板哪一 个是电源的正极？
B板
2、此发电机的电 动势？（两板距离 为d，磁感应强度 为B，等离子速度 为v，电量为q）
Eq=Bqv
电动势：E’=Ed=Bvd
电流：I=E’/（R+r） 流体为：等离子束
目的：发电
练习：如图所示是等离子体发电机的示意图，平 行金属板间的匀强磁场的磁感应强度B=0.5T， 两板间距离为20㎝，要使AB端的输出电压为 220V，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？
U AA
K
IB b
a
.
A
B
I
A A
知识点一.速度选择器
在如图所示的平行板器件中，
B E 电场强度 和磁感应强度 相互垂
直，具有不同水平速度的带电粒子 射入后发生偏转的情况不同。
这种装置能把具有某一特定速度 的粒子选择出来，匀速（或者说沿 直线）通过,所以叫速度选择器。
在电、磁场中，若不计重力，则： Eq=Bqv即v=E/B
思考 ：其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？
V2
.
霍耳 I
17
霍尔元件
b
a
A
B
I
A
A
I
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
v
vv
vv
v
v
v
vv
vv
vv
vv
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
v
vv
vv
v
v
v
vv
vv
vv
v
f
f
ffຫໍສະໝຸດ ffff
f
f
v
vv
vv
v
v
v
vv
vv
vv
v
A
.
18
evB
evB e U AA
v
b
a
UAA vBa
eE
a
I Ba I Ba
neS neab
I B 1 IB neb ne b
3：正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和 电场强度分别为B和E，一带电的粒子，以速度
v1垂直射入，而以速度v2射出，则（ BC） A.v1=E/B v2＜v1 B.v1＞E/B, v2＜v1 C.v1＜E/B v2＞v1 D.v1＞E/B .v2＞v1
qBv Eq
qEBqv
2.磁流体发电机
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，右图是它的示意图，平行金属板A、 B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下 电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场， AB两板间便产生电压。如果把AB和用电器连接，AB就 是一个直流电源的两个电极。
— v<E/B
FB
F
f E
f v>E/B
+.
v=E/B
3
练习: 在两平行金属板间有正交的匀强电场
和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁
场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，
为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的
情况下，可采取的办法是：
BC
A.增大粒子射入时的速度
B.减小磁场的磁感应强度
C.增大电场的电场强度
.
11
B LI
S
E, r
电源内电阻r=ρL/s
IR
.
12
E 场q=BqV，E场=BV
电动势E= E场L=BLV
电源内电阻r=ρ
L S
R中电流I=
E R＋r
=
BLV
R ＋ρ
L S
=
BLVS RS＋ ρL
.
13
知识点五、电磁流量计
流体为：导电液体
目的：测流量
图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管 道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁 场区域时，测出管壁上的ab两点间的电动势U，就可 以知道管中液体的流量Q---单位时间内流过液体的体
积（m3/s）。已知管的直径为D，磁感应强度为B，试
推出Q与U的关系表达式。
× d×
×
×××b··a×××
× × ×
× ×导电 ×液
体
Bqv=Eq=qu/d得v=U/Bd
流量：Q=Sv=πdU/4B
若管道为其他形状,如矩形呢?
例：如图9-31所示为一电磁流量计的示意图，截 面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电 液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里
D.改变粒子的带电性质
2．如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所
具有的速率v=E/B，那么: ( c )
A．带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿 直线通过 B. 带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿 直线通过 C．不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都 能沿直线通过 D. 不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都 能沿直线通过
q U qvB d
代入数据得v=2200m/s
电流的方向如何？ 由B到A
磁流体发电机
原理是：等离子气体喷入磁场， 正、负离子在洛仑兹力作用下 发生偏转而聚集到A、B板上， 产生电势差.
设A、B平行金属板的面积为S，相距L，等离子体 的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁 感强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通 过A、B板间时，A、B板上聚焦的电荷最多，板间 电势差最大，即为电源电动势，此时通过R的电流 是多大？
电场、磁场方向不变，粒子从右向左运动，能直线通过吗？
速度选择器：
1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；
2. 带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能
匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。 否则偏转。
＋＋＋＋＋＋＋
3.注意电场和磁场的方向搭配。
v
若速度小于这一速度？
－－－－―――
电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，
的匀强磁场，磁感强度为B。现测得液体a、b两 点间的电势差为 U（ a、b为流量计上下表面的
两点），求管内导电液体的流量Q。
a ____ ____
_ 导电液体
U
EB
+
a 液体
++++++++
b
Bqv Eq U q
b
d
v E U B Bd
Q V vtd 2 U d
t .t
B
图9-31
16
知识点六、 霍耳（E.C.Hall)效应
电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大；
若大于这一速度？
将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小， 洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。
速度选择器
•当F=f时，Eq=Bqv即：v=E/B时，粒子作匀速直线运动。 •当F<f时，Eq<Bqv即：v>E/B时，粒子向下偏。 •当F>f时，Eq>Bqv即：v<E/B时，粒子向上偏。
在一个通有电流的导体板上，垂直于板面 施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电 势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳 发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳 电势差 。
B
UH
bd v V F 1m E H I
Fe
V2
B
UH
bd V F1m E H
F e v