高中物理20种电磁学仪器

高中物理20种电磁学仪器 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 分别表示电子的质量和电荷量，则

212

eU mv = 2mv evB R = 又有tan 2r R

θ

= 由以上各式解得：12tan 2

mv B r e θ= 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L 1=20.0cm ，ad 边长L 2=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：22

l 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