高中物理磁流体发电机,速度选择器,霍尔效应知识精讲新人教版

电场与磁场在实际中的应用

知识体系：一

速度选择器

1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强

电场正交的区域里

,结果发现有些离子保持原来的运动方向

,有些未发生任何偏转

.

如果让这些不偏转的离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束

,对这

些进入另一磁场的离子

,可得出结论

（

）

A.它们的动能一定各不相同

B.它们的电荷量一定各不相同

C .它们的质量一定各不相同

D .它们的电荷量与质量之比一定各不相同

答案

D

二质谱仪

2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器,它的构造如图所示.设从离子源S 产生出来的正离子初速度为零,经过加速电场加速后

,进入一平行板电容器

C 中,电

场强度为E 的电场和磁感应强度为B 1的磁场相互垂直,具有某一速度的离子将沿图中所示

的直线穿过两板间的空间而不发生偏转,再进入磁感应强度为

B 2的匀强磁场,最后打在记

录它的照相底片上的P 点.若测得P 点到入口处S 1的距离为s,证明离子的质量为m =

E

s B qB 221.

答案

离子被加速后进入平行板电容器,受到的水平的电场力和洛伦兹力平衡才能够竖直向上进入上

面的匀强磁

场,由qvB 1=qE 得v=E/B 1,在匀强磁场中

2

2

qB m s v ,将v 代入,可得m =

E

s B qB 221.

三回旋加速器

3.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两

个D 形金属盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电

场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速,两盒放在匀强磁场中

,磁场方向垂直于盒底面,

离子源置于盒的圆心附近.若离子源射出的离子电荷量为q,质量为m ,粒子最大回转半

径R m ,其运动轨迹如图所示

.

求:（1）两个D 形盒内有无电场? （2）离子在D 形盒内做何种运动?

（3）所加交流电频率是多大

?

（4）离子离开加速器的速度为多大

?最大动能为多少

?

答案（1）无电场

（2）做匀速圆周运动,每次加速之后半径变大

（3）

m

qB π2（4）

m

qBR m m

R B q 2m

2

2

2

四霍尔效应

4.如图所示,厚度为h 、宽度为d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁

场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A 和下侧面A ′之间会产生电势差

,

这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U 、电流I 和B 的关系为U =k

d

IB .式中的比例系数

k 称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下

:外部磁场的洛伦兹

力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷

,从而形成横向电场

.横向

电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力.当静电力与洛伦兹力达到平衡时

,导体板上下两侧之间就

会形成稳定的电势差.设电流I 是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为

v,电荷量为e,回答下

列问题:

（1）达到稳定状态时,导体板上侧面A 的电势

下侧面A ′的电势（填“高于”“低于”或

“等于”）;

（2）电子所受的洛伦兹力的大小为

; （3）当导体板上下两侧之间的电势差为U 时,电子所受静电力的大小为 ;

（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为

k=

ne

1,其中n 代表导体板单位体积中电子的个

数. 答案

（1）低于

（2）evB

（3）e

h

U （4）由F=F 电得evB=e h

U U =hvB

导体中通过的电流I=nev ·d ·h

由U =k d

IB 得hvB=k d

IB =k

d

vdhB ne 得k=

ne

1五：磁流体发电机

5.目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机,它可以把气体的内能直

接转化

为电能.如图所示为它的发电原理图

.将一束等离子体（即高温下电离的气体,含有大量带

正电和负电的微粒,从整体上来说呈电中性）喷射入磁感应强度为B 的匀强磁场,磁场中

有两块面积为S,相距为d 的平行金属板与外电阻R 相连构成一电路.设气流的速度为v,气体的电导率（电

阻率的倒数）为

g,则流过外电阻R 的电流强度I 及电流方向为

（

）

A.I =R Bdv ,A →R →B

B.I =gd SR S Bd v ,B →R →A C .I =R

Bdv ,B →R →A

D .I =

d

gSR Sg Bd v ,A →R →B

答案

D

六：电磁流量计

6.电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（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.)(a

c

bR

B

I B .

)(c

b aR B

I

C .

)(b

a cR B I

D .

)

(a

c R

B

I 答案A

练习：

电磁场在科学技术中的应用

1．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（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7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液体的管道相连接（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 ．)(a c bR

B I B ．)(c b aR B I

C ．

)

(b

a cR

B

I D ．

)

(a

bc R

B

I 2．图8是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电