磁流体发电机 霍尔效应 磁聚焦
磁流体发电机霍尔效应整编 (教师)
电磁场的应用一.质谱仪:1.图1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s 1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s 2、s 3射入磁感应强度为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s 3的细线。
若测得细线到狭缝s 3的距离为d（1）导出分子离子的质量m 的表达式。
（2）根据分子离子的质量数M 可用推测有机化合物的结构简式。
若某种含C 、H 和卤素的化合物的M 为48，写出其结构简式。
（3）现有某种含C 、H 和卤素的化合物，测得两个M 值，分别为64和66。
试说明原因，并写出它们的结构简式。
在推测有机化合物的结构时，可能用到的含量较多的同位素的质量数如下表：【点拨解疑】（1）为测定分子离子的质量，该装置用已知的电场和磁场控制其运动，实际的运动现象应能反映分子离子的质量。
这里先是电场的加速作用，后是磁场的偏转作用，分别讨论这两个运动应能得到答案。
以m 、q 表示离子的质量电量，以v 表示离子从狭缝s 2射出时的速度，由功能关系可得 qU mv =221 ① 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Rv m qvB 2= ② 式中R 为圆的半径。
感光片上的细黑线到s 3缝的距离d ＝2R ③解得Ud qB m 822 ④ （2）CH 3CH 2F（3）从M 的数值判断该化合物不可能含Br 而只可能含Cl ，又因为Cl 存在两个含量较多的同位素，即35Cl 和37Cl ，所以测得题设含C 、H 和卤素的某有机化合物有两个M 值，其对应的分子结构简式为CH 3CH 235Cl M ＝64；CH 3CH 237Cl M ＝66二.回旋加速器2.在高能物理研究中，粒子回旋加速器起着重要作用，如图甲为它的示意图。
洛仑兹力的应用(5)霍尔效应及磁流体发电机
——霍尔效应及磁流体发电机 霍尔效应及磁流体发电机
一：霍耳效应
S上
B I
v
S下
一：霍耳效应 ）、如图厚度为 宽度为d的金属板放 如图厚度为h,宽度为 （一）、如图厚度为 宽度为 的金属板放 在垂直与它的磁感应强度B的匀强磁场中 的匀强磁场中,当有电 在垂直与它的磁感应强度 的匀强磁场中 当有电 通过金属， 流I通过金属，在金属板的上下表面间产生电势 通过金属 差此现象叫霍耳效应. 差此现象叫霍耳效应 B S上
B
d h
练习1、 练习 、利用如图示的方法可以测量导体中单位体积 内的自由电子数n,即测得一块横截面为矩形的金属导 内的自由电子数 即测得一块横截面为矩形的金属导 体的宽为b,厚为 并加有与侧面垂直的匀强磁场B,当 厚为h,并加有与侧面垂直的匀强磁场 体的宽为 厚为 并加有与侧面垂直的匀强磁场 当 通以图示方向的电流I时 在导体上下表面间用电压表 通以图示方向的电流 时,在导体上下表面间用电压表 测得电压为U,已知自由电子的电荷量为 已知自由电子的电荷量为e,则下列判断 测得电压为 已知自由电子的电荷量为 则下列判断 正确的是( 、 正确的是 B、D ) A.上表面的电势高 上表面的电势高 B.下表面的电势高 下表面的电势高
四、巩固练习： 巩固练习： 如图为一电磁流量计的示意图,截面为一正 电磁流量计的示意图 如图为一电磁流量计的示意图 截面为一正 方形的非磁性管,其每边长为 其每边长为d,内有导电液体 方形的非磁性管 其每边长为 内有导电液体 流动， 流动，在垂直液体流动的方向加一指向纸里的 匀强磁场, 磁感应强度B.现测得液体表面上 现测得液体表面上ab 匀强磁场 磁感应强度 现测得液体表面上 两点间电势差为U,求管内导电液体的流量 求管内导电液体的流量Q。 两点间电势差为 求管内导电液体的流量 。 B
高中物理 最基础考点 考点30 磁流体发电机 新人教版选
考点30 磁流体发电机磁流体发电机(选修3-1第三章：磁场的第五节运动电荷在磁场中受到的力)★★★○○○1、磁流体发电机：能够把高温气体中大量的正、负带电粒子通过磁场后分开，从而形成一个直流电源的装置。
2、构造：如图所示，左右是磁极，上下是两个电极板，形成的直流电对外输出。
3、原理：当高温等离子体进入磁场，由于等离子体是由大量的正、负带电粒子组成的，所以这些粒子会在磁场中会受到洛伦兹力，由左手定则可以判断出，带正电的粒子受到的洛伦兹力向下，带负电的粒子受到的洛伦兹力向上，故B极板就是电源的正极，A极板就是电源的负极，从而可以对外供电。
当电源BA两极板对外供电稳定后，设两极板间的电压为U，极板间距为d，磁场的磁感应强度为B，则带电粒子再进入磁场后就不再发生偏转，而直接匀速直线运动射出，此进离子受平衡力的作用，即粒子受到电场力等于洛伦兹力；故Eq=Bqv，也就是Udq=Bqv，则磁流体发电机的电动势为U=Bvd。
1、电磁流量计：测量管道中液体流量的装置。
（1）结构：如图所示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 ，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（s m /3）。
已知管的直径为D ，磁感应强度为B 。
（2）原理：a ，b 两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。
到一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，a ，b 两点的电势差达到稳定值ε，此时，洛伦兹力和电场力平衡：qE qvB =，D E ε=，DB v ε=，圆管的横截面积241D S π=故流量BD Sv Q 4πε==。
（3）注意的问题：①流量计是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是自行形成的，在分析其他问题时，要注意这类情况的出现。
②联系宏观量I 和微观量的电流表达式nevS I =是一个很有用的公式。
霍尔元件、磁流体发电机
四、霍耳效应是指在通以电流的导体或半导体上，沿
垂直于电流方向加一磁场，则在导体或半导体的横侧面 上出现电势差的现象。如图所示。其产生的机理与磁流 体发电机的原理相同。
两侧的电势差为 ：U=Bva （B为磁感应强度，v为载流 子的移动速度）
导体中电流强度I与载流子移动速度v的关系：I=nabqv
（n为载流子浓度，即单位体积中的载流子数。q为每个 载流子的电量）
五、回旋加速器
回旋加速器的基本结构：如图所示，回旋加速器的核心部 分是________，它们就像沿直径把一圆形金属盒子切成两 半再拉开一个窄缝，在窄缝________放有粒子源，两D形 盒置于巨大的__________之间的真空容器中．磁场方向 ________D形盒的底面，两盒分别接在高频交流电源的两 极上；这样在两盒间窄缝处形成一方向可变的_________， 使从粒子源发出的带电粒子在窄缝电场中________，
E=Bdv
所谓“磁流体发电技术”就是用燃料（石油、
天燃气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离 的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的 离子流，然后让其在磁场中高速流动。即由热 直接转换成电能，由于无需经过机械能转换环 节，所以称之为“直接发电”，其燃料利用率 得显著提高，这种技术也称为“等离子体发电 技术”。
第四节 科学技术
速度选择器 质谱仪 超导体
磁流体发电机 霍尔器件 回旋加速器
一、速度选择器（重力不计）
1. 当满足Bqv=qE时,带电粒 子做匀速直线运动
2. 当Bqv=qE不满
与粒子带电正负无关. 与质量无关 与速度方向有关
二、质谱仪：用来研究物质同位素的装置
则流量:Q Sv d 2 U dU
4 Bd 4B
磁流体发电机讲谈教材
燃煤磁流体发电技术--亦称为等离子体发电，就是磁流 体发电的典型应用，燃烧煤而得到的2.6×106℃以上的 高温等离子气体并以高速流过强磁场时，气体中的电子 受磁力作用，沿着与磁力线垂直的方向流向电极，发出 直流电，经直流逆变为交流送入交流电网。 磁流体发电本身的效率仅20%左右，但由于其排烟温度 很高，从磁流体排出的气体可送往一般锅炉继续燃烧成 蒸汽，驱动汽轮机发电，组成高效的联合循环发电，总 的热效率可达50%～60%，是目前正在开发中的高效发 电技术中最高的。同样，它可有效地脱硫，有效地控制 NOx的产生，也是一种低污染的煤气化联合循环发电技 术。
四、磁流体发电机的应用及前景
1、流体发电的现状
磁流体发电是一种将热能直接转换成电能的新型发电方式，具有转换效 率高，污染少等特点，受到世界各主要国家的重视，并纷纷开展了研究。 1959年美国阿夫柯—埃弗雷特研究实验室对磁流体发电的原理性试验首 次获得成功，为现代磁流体发电技术的发展奠定了基础。从此以后，这 项新技术很快发展了起来。一些重要工业国家如美国、前苏联、日本等 都列入了国家研究发展规划。中国也是长期坚持这项研究的国家之一。
2发电通道和磁体
磁体——把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性 质叫做磁性，具有磁性的物体叫磁体。
磁体是一种很神奇的物质。它有以至于无形的力， 既能把一些东西吸过来，又能把一些东西排开。在 我们周围，有很多磁体。
三、磁流体发电机的特点
1.大大提高发电效率
普通的火力发电，燃烧燃料释放的能量中，只有20%变成了电能。 而且人们从理论上推算出，火力发电的效率提高到40%就已经达到了 极限。而用磁流体发电，可以将磁流体发电管道里喷出来的废气，驱 动另一台汽轮发电机形成组合发电装置，这种组合发电的效率可以达 到50%。如果解决好一些技术上的问题，发电效率还有望进一步提高 到60%以上。 2.环境污染少
高中物理最基础考点考点磁流体发电机新人教选修
考点30 磁流体发电机磁流体发电机(选修3-1第三章：磁场的第五节运动电荷在磁场中受到的力)★★★○○○1、磁流体发电机：能够把高温气体中大量的正、负带电粒子通过磁场后分开，从而形成一个直流电源的装置。
2、构造：如图所示，左右是磁极，上下是两个电极板，形成的直流电对外输出。
3、原理：当高温等离子体进入磁场，由于等离子体是由大量的正、负带电粒子组成的，所以这些粒子会在磁场中会受到洛伦兹力，由左手定则可以判断出，带正电的粒子受到的洛伦兹力向下，带负电的粒子受到的洛伦兹力向上，故B极板就是电源的正极，A极板就是电源的负极，从而可以对外供电。
当电源BA两极板对外供电稳定后，设两极板间的电压为U，极板间距为d，磁场的磁感应强度为B，则带电粒子再进入磁场后就不再发生偏转，而直接匀速直线运动射出，此进离子受平衡力的作用，即粒子受到电场力等于洛伦兹力；故E q=Bqv，也就是Udq=Bqv，则磁流体发电机的电动势为U=Bvd。
1、电磁流量计：测量管道中液体流量的装置。
（1）结构：如图所示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 ，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（sm/3）。
已知管的直径为D，磁感应强度为B。
（2）原理：a ，b 两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。
到一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，a ，b 两点的电势差达到稳定值ε，此时，洛伦兹力和电场力平衡：qE qvB =，D E ε=，DB v ε=，圆管的横截面积241D S π=故流量BD Sv Q 4πε==。
（3）注意的问题：①流量计是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是自行形成的，在分析其他问题时，要注意这类情况的出现。
②联系宏观量I 和微观量的电流表达式nevS I =是一个很有用的公式。
13磁流体发电
发电原理：所谓的磁流体发电机、磁流量计和霍尔效应，本质上都是一样，与动生电动势的原理相似，所以把他们放在一起称为发电原理。
如右图，两个面积为S 的平行金属板之间加一个匀强磁场B ，一束带电量为q 的正负粒子流以速度v 进入金属板，板间距为d ，粒子流的电阻率为ρ，外接一个阻值为R 的定值电阻。
分析一下这个过程，正电荷受到的洛伦兹力向上，负电荷受到的洛伦兹力向下，所以正电荷会向上偏转并积聚在上板，负电荷向下偏转积聚在下板，因为两个金属板相当于一个电容器，根据QC U= 和U Ed =，电荷在上下板越积聚越多，则两金属板之间的电势差越大，板间的场强越大，粒子受到的电场力就越大。
而不管正负点粒子受到的电场力都与其洛伦兹力方向相反，所以与速度选择器类似，当qvB Eq = 即E Bv = 时粒子不会再偏转，而做匀速直线通过金属板。
这样在金属板之间就形成了一个稳定的电压U Bvd =，如果外部电路接通，上极板的正电荷会通过外部电路跑到下极板与负电荷中和，形成了稳定的电流，而一旦两极板的电量变少，粒子受到的电场力小于了洛伦兹力，粒子会继续向上下偏转，补充消耗，形成一个动态平衡的过程。
这样，正电荷在外部是由上而下，而在内部是由下而上，就相当于两个金属板形成了一个电源，而我们都知道电源的电动势只与电源自身的结构有关，所以刚才计算的U Bvd = 其实就是这个电源的电动势（切记不要认为是外电压）。
Bl IIbcfad发电原理第十三讲：磁流体发电S Rv d这样，我们就可以计算一下这个电路的电流了，电源的内阻即粒子流的电阻可以通过电阻定律求解drSρ=，所以电流Bvd BdSvIdr R d RSRSερρ===+++。
对流体而言，我们经常会用单位时间内通过横截面的液体的体积来衡量它的快慢，这个物理量叫做流量，一般用字母Q来表示，VQt=，如果考虑取一个横截面积为S的截面，则V vtSQ Svt t===，而刚才我们计算出BdSvId RSρ=+，其中分子里的Sv即流量，所以我们就可以通过测量电流的大小而得知流量的大小，这就是电磁流量计。
磁流体发电及
磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据霍尔效应，(当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。
)用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备。
磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。
最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。
工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使起部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏3000度、速度达到1000米／秒的高温高速导电气体，最后产生电流。
原理磁流体发电中的带电流体，它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。
在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，结果，这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，这就是等离子体。
将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中就可以使用了。
磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。
利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。
利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。
利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。
人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。
目前，中国，美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。
磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如上图。
霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机
霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机一、霍尔元件1．霍尔效应。
金属导体板放在垂直于它的匀强磁场中，当导体板中通过电流时，在平行于磁场且平行于电流的两个侧面间会产生电势差，这种现象叫霍尔效应。
2．霍尔效应的解释。
如图，截面为矩形的金属导体，在x 方向通以电流I ，在z 方向加磁场B ，导体中自由电子逆着电流方向运动。
由左手定则可以判断，运动的电子在洛仑兹力作用下向下表面聚集，在导体的上表面A 就会出现多余的正电荷，形成上表面电势高，下表面电势低的电势差，导体内部出现电场，电场方向由A 指向A’，以后运动的电子将同时受洛仑兹力F 洛和电场力F 洛作用，随着表面电荷聚集，电场强度增加，F 洛也增加，最终会使运动的电子达到受力平衡（F F =洛电）而匀速运动，此时导体上下两表面间就出现稳定的电势差。
3．霍尔效应中的结论。
设导体板厚度为h(y 轴方向)、宽度为d 、通入的电流为I ，匀强磁场的磁感应强度为B ，导体中单位体积内自由电子数为n ，电子的电量为e ，定向移动速度大小为v ，上下表面间的电势差为U ；（1）由Uq Bq hυ=⇒U Bh υ= ① （2）U 、I 、B 的关系还可表达为IB U k d = 其中k 为霍尔系数 ② 电流的微观表达式有： I n es n e h d υυ== ③ 联立①②③式可得1k ne =。
由此可通过霍尔系数的测定来确定导体内部单位体积内自由电子数。
（3）考察两表面间的电势差U Bh υ=，相当于长度为h 的直导体垂直匀强磁场B 以速度v 切割磁感线所产生的感应电动势E Bh υ=感例1、霍尔元件能转换哪两个量（ ）A ．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B ．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C ．把力转换为电压这个电学量D ．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量答案B例2、霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序．如图是一霍尔元件的示意图，磁场方向垂直霍尔元件工作面，霍尔元件宽为d （M 、N 间距离），厚为h （图中上下面距离），当通以图示方向电流时，MN 两端将出现电压MN U ，则（ ）A ．MN 两端电压UMN 仅与磁感应强度B 有关B ．若霍尔元件的载流子是自由电子，则MN 两端电压MN U ＜0C ．若增大霍尔元件宽度d ，则MN 两端电压MN U 一定增大D ．通过控制磁感应强度B 可以改变MN 两端电压MN U答案D练习1. 磁强计是一种测量磁感应强度的仪器，其原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a ，高为b 的长方形，放在沿y 轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x 轴正方向、电流强度为I 的电流．已知导体中单位体积的自由电子数为n ，电子电量为e ．测出导体前后两个侧面的电势差为U ．（1）导体前后两个侧面哪个面电势较高？（2）磁感应强度B 的大小为多大？2. 磁强计是测量磁感应强度的仪器，磁强计中有一块导体，如图所示．导体中通有沿x 轴正方向的电流I ，且单位体积内的自由电子数位n ，电子的电荷量为e ，被测匀强磁场沿z 轴正方向，稳定时，测得PQ 两面电势差为U ，则（ ）A ．导体侧面Q 的电势高于导体侧面P 的电势B ．导体侧面P 的电势高于导体侧面Q 的电势C ．磁感应强度Unbe B I= D ．磁感应强度Unbe B I =3. 目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度．磁强计的原理如右图所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a 、高为b 的长方形，放在沿y 轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x 轴正方向、大小为I 的电流．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n ，电子电荷量为e ，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．两电极M 、N 均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U ．则磁感应强度的大小和电极M 、N 的正负为（ ）A ．nebU BI=，M 正、N 负 B ．nebU B I=，M 正、N 负 C ．nebU B I=，M 负、N 正 D ．nebU B I =，M 负、N 正 4. 如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I ，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B 与I 成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为H I ，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压H I 满足：H H kI B U d，式中k 为霍尔系数，d 为霍尔元件两侧面间的距离．电阻R 远大于L R ，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 ．H I 与I 成正比D ．电压表的示数与L R 消耗的电功率成正比5. 利用霍尔效应测量磁感应强度的原理如图所示，元件中通以正x 方向的电流I ，置于沿z 轴方向的磁场中，其前、后表明垂直于z 轴，在元件上、下表面之间产生电势差U ．若磁感应强度B=B0+kz （B0、k 均为常数），由于沿z 轴方向位置不同，电势差U 也不同，则（ ）A ．若该元件的载流子是电子，则下表面电势高B ．电势差U 越大，该处磁感应强度B 越大C ．在某一位置处，电流I 越大，电势差U 越大D ．k 越大，在z 轴上两不同位置上测得的电势差U 的差值越大6. （2010年北京卷）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。
磁流体发电机霍尔效应整编_(教师)
电磁场的综合应用一、 粒子速度选择器练习如图，粒子以速度v 0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，根据qv 0B ＝qE , 得v 0=E/B ，故若v= v 0=E/B ，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关若v ＜E/B ，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 ＞E/B ，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少．1、如图，水平放置的平行金属板a 、b 带有等量异种电荷，a 板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动方向是：( )A ．沿竖直方向向下B ．沿竖直方向向上C ．沿水平方向向左D ．沿水平方向向右2、如图，氕、氘、氚核以相同的动能射入速度选择器，结果氘核沿直线运动，则 ( )A ．偏向正极板的是氕核B ．偏向正极板的是氚核C ．射出时动能最大的是氕核D ．射出时动能最大的是氚核二、质谱仪:组成：离子源O ，加速场U ，速度选择器（E 、B ），偏转场B 2，胶片． 原理：加速场中221mv qu = 选择器中:1B E v = 偏转场中:d ＝2r ，rv m qvB 22=，则：比荷:d B B E m q 212=质量Edq B B m 221=作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素． 3、如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 下方有强度为B 0的匀强磁场。
下列表述不正确的是（ ）A ．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纸面向外C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E/BD ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小4、是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。
磁流体发电机原理及应用
高三专题复习：磁流体发电机的原理及应用一、考点精讲磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据电磁感应原理，用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备。
磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。
下面简单介绍一下磁流体发电机的原理和理想模型电动势、电功率推导。
如图所示，在外磁场中的载流导体除受安培力之外，还会在与电流、外磁场垂直的方向上出现电荷分离，而产生电势差或电场，称其为霍尔效应。
若载流导体为导电的流体粒子，以很高的速度射入磁场，就可在两极板间产生电动势。
从微观角度来说，当一束速度是v 的粒子进入磁场强度为B 的磁场一段时间后，粒子所受的电场力和洛伦兹力相等BvE Bvq Eq == 这时，粒子进入磁场后不再发生偏转，它所产生的电动势Bvd Ed ==ε这样就形成了磁流体发电机的原型。
利用下图进行理想模型电动势、电功率的推导。
我们可以将运动的粒子可看成一根根切割磁力线的导电棒，根据法拉第电磁感应定律，会在棒两端产生动生电动势，如下图所示：+ BE磁流体发电机示意图v——为了方便求解，假设0v 在运动过程中不变，其中p F 是外界的推力，A F 是安培力。
()22202020200max 0r R R d v B r R R v F p rR d v B F F I rR d Bv r R I R dKqBv I p KqI dBv BIdF F L L L L p L A p L L L A p +=+=+==<+=+=======饱和饱和饱和时，当外接电阻是εεε所以利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。
二、例题精讲例1：25、（20分）由于受地球信风带和盛西风带的影响，在海洋中形成一种河流称为海流。
海流中蕴藏着巨大的动力资源。
据统计，世界大洋中所有海洋的发电能力达109 kW 。
磁聚焦现象
带电粒子在符合场中运动（尤思怡2017年12月26号课程）一、几种仪表的认识1.速度选择器2.磁流体发电机3.磁流体电流表4.霍尔元件5.质谱仪6.回旋加速器二、磁聚焦现象一束水平向右发射的平行带正电粒子束射向圆形匀强磁场区，若粒子在磁场中的轨道半径恰好等于磁场圆的半径，试证明所有进入磁场的粒子将从同一点射出圆形磁场区，并确定该点的位置。
证明：以任意一个入射点P1为例，设轨道圆圆心为。
1，射出点为Q1，磁场圆和轨道圆的半径均为r，由已知，01P1=01Q1=OP1=OQ1=r，由几何知识，四边形01P10Q1为菱形。
P101是洛伦兹力方向，跟初速度方向垂直，菱形的对边平行，因此0Q1也跟初速度方向垂直，Q1是圆周的最高点。
反之也可以证明：只要粒子在磁场中的轨道半径恰好等于磁场圆的半径，那么从磁场圆周上同一点沿各个方向射入圆形磁场的粒子，射出后一定形成宽度为磁场圆直径的平行粒子束。
另证:如图所示，以O点为坐标原点，以^^'为y轴正方向，建立直角坐标系，则入射点p的坐标为(x,J)。
pp磁场圆的圆方程：x2■■■R・■R2(1)由于P点是磁场圆上的一点，坐标满足圆方程，固有■R2■R2P则轨迹P O对应的轨迹圆的圆心坐标为，丁尸■R，故圆轨迹方程为XxXcy■RR2pp (3)联立(2)(3)得出，轨迹圆总过坐标原点0(0,0)，即证明了所有粒子都从O点射出圆形磁场。
课堂练习:1.如图所示，在x-0-y坐标系中，以(/,0)为圆心、r为半径的圆形区域内存在匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里。
在y>r的足够大的区域内，存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E。
从。
点以相同速率向不同方向发射质子，质子的运动轨迹均在纸面内，且质子在磁场中运动的轨迹半径也为r。
已知质子的电荷量为q，质量为m，不计质子所受重力及质子间相互作用力的影响。
⑴求质子射入磁场时速度的大小；⑵若质子沿x轴正方向射入磁场，求质子从。
近代物理电磁应用技术(2)：磁流体发电,霍尔效应,磁聚焦
(2)发电机的电动势多大?
(3)设喷入两极间的离子流每立方米
有n对一价正负离子,等离子体的截
面积为S,则发电机提供的最大电流多大?
【例2】 为了测量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 了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 abc，左右两端开口，在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B的匀 强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，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），下列说法正确的是( )
2
近代物理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁应用技术（2）：磁流体发电，霍尔效应，磁聚焦
知识点1 磁流体发电
知识点3 磁聚焦
知识点2 霍尔效应
【例1】 目前世界上正在研究的新型发电机磁流体发电机的原理如图所示.设 想在相距为d,且足够长的甲、乙两金属板间加有垂直纸面向里、磁感 应强度为B的匀强磁场,两板通过电键和灯泡相连,将气体加热到使之高 度电离.由于正负电荷一样多,且带电量均为q,故称为等离子体.将其以 速度V喷入甲、乙两板之间,这时甲、乙两板就会聚集电荷,产生电压, 它可以直接把内能转化为电能.试问：
单位体积中电子数.
【例4】 在三维直角坐标中，沿+z方向有磁感强度为B的匀强磁场，沿−z方向 有电场强度为E的匀强电场。在原点O有一质量为m 、电量为−q的粒 子（不计重力）以正x方向、大小为v的初速度发射。试求粒子再过z 轴的坐标与时间。
【例5】 如图磁场沿着x方向，磁感应强度为B，一电子电量为e，质量为m， 沿着OP方向以速度v发出，计算电子再次回到x上的时刻和位置。
(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( 选填“高于”、“低于”）
有关电磁场的仪器-霍尔效应、电磁流量计、磁流体发电机、电磁炮
有关电磁场的仪器•霍尔效应霍尔效应（Hall effect）是指当固体导体放置在一个磁场内，且有电流通过时，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压（霍尔电压）的现象嬮电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力嬮通过霍尔电压的极性，可证实导体内部的电流是由带有负电荷的粒子（自由电子）之运动所造成。
霍尔效应于嬱嬸嬷嬹年由埃德温·赫伯特·霍尔（Edwin Herbert Hall）发现。
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的偏转，所以可以用高中物理中的电磁学、力学、运动学等有关知识来进行解释嬮霍尔效应原理的应用常见的有：霍尔元件、磁流体发电机、电磁流量计、磁强计等嬮如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与方向相反的•电磁流量计电磁流量计是根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体（一般为液体）流量的一种仪器，用非磁性材料制成，一般用于测量污水排放量，是霍尔效应的一种应用嬮根据霍尔效应其原理可解释为：如图嬲所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动嬮导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差。
当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定嬮由qvB嬽qE嬽q U d可得v嬽U bd流量：Q嬽Sv嬽πd2嬴·UBd嬽πdU嬴B电磁流量计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（单位时间内通过管内横截面的流体的体积）嬮为了简化，假设流量计是如图嬳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嬮流量计的两端与输送流体的管道连接（图中虚线）嬮图中流量计的上下两面是金属材料，前后两侧面是绝缘材料嬮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嬮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表示测得的电流值嬮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（）•磁流体发电机磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据霍尔效应，用导电流体，例如空气或等离子体，与磁场相对运动而发电的一种设备，所以该模型下的物理题目多会存在外电路嬮磁流体发电技术是一种新型的高效发电方式，由于无需经过机械转换环节，所以也称之为直接发电，燃料利用效率显著提高，用燃料（石油、天然气、煤、核能等）直接加热工作介质，使之在高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动。
磁场(5)回旋加速器、磁流体发电机、霍尔效应、电磁流量计
eU h I evB , 则U H Bdv Bd d neS
U H A B I
电解质中运动的 Na离子和Cl 离子受磁场力作用 均偏向b侧, 使b 侧离子浓度大于a 侧的离子浓度, 则 NaCl 水溶液中各处电势都相等.
三、电磁流量计
1、用途：测量可导电流体（如污水）在管中的流量
故：a侧面离子浓度大于b侧面的离子浓度
但由于到达a侧面的电荷量相互抵消，故a侧面不带电， b侧面也不带电，导体中无电场存在。因此：导体内各 点电势均相等。故a、b侧面电势相等；上、下面也等 （3）上、下表面离子浓度均相等。 c
N
Z
y
B b
I
d
a
x
例：如图所示,一块通电的铜板放在磁场中, 铜板 的板面与磁场垂直, 板内通有图示方向的电流 a、b分别是铜板的左右边缘的 两点，则
A. a 处电势等于b 处电势
B. a 处离子浓度大于b 处离子浓度 C. 溶液的上表面电势等于下表面电势 D. 溶液的上表面处 离子浓度大于下表面处 的离子浓度 y I
Z
c
N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B b d a x
分析： （1）电解质中运动的钠离子沿电流方向运动（图中为右） 而氯离子沿电流的反方向运动（图中为左）。 （2） 由左手定则，它们所受的洛仑兹力都使它们偏向a 侧面,
A’
v
v4 v2
v0
1
v3
A’
A
A
（1）粒子每次进入狭缝都被电场加速： 交变电场的变化周期 = 粒子做圆周运动的周期。
（2）粒子的最大速度和最大动能：
2 m T电 场 Bq
粒子的最大半径rm = D形盒的半径：R
磁流体发电机PPT课件
.
14
四、磁流体发电机的应用及前景
❖ 1、流体发电的现状
aB
A
b RH---霍耳系数
.
3
q<0
f洛 qvB
Z
y
B
A
b feqEH
I
f洛 fe E HvBF合 0 a
EH
UH a
UHavB
EHBI
+++++
A
总结
+
+++
+
f洛
+fe+
I
x
Invq ab
(1) q>0时，RH>0,
1 IB UH nq b
UH 0
(2) q<0时，RH<0,
❖
.
7
❖ 磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。利用火力发电，燃烧燃料 产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。 利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添 加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把 硫排放到空气中，对环境造成污染。
磁流体发电机
一、磁流体发电机的原理 二、磁流体发电机的结构 三、磁流体发电机的特点 四、磁流体发电机的应用及
前景
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1
一、磁流体发电机的原理
❖ 1、什么是磁流体发电机 ❖ 磁流体发电机，又叫等离子发电机， ❖ 是根据霍尔效应，用导电流体，例如空
气或液体，与磁场相对运动而发电的一 ❖ 种设备。
❖ 如右图是一个磁流体发电机
而且人们从理论上推算出，火力发电的效率提高到40%就已经达到了 极限。而用磁流体发电，可以将磁流体发电管道里喷出来的废气，驱
回旋加速器、磁流体发电机、霍尔效应、电磁流量计
电磁流量计由传感器和变送器两部分组成。传感器负责测量流量，通常包括测量管、电极、励磁线圈等部件；变 送器则将测量结果转换为标准信号输出。
优点与局限性分析
宽测量范围
电磁流量计可测量多种流体，包 括液体和气体，且测量范围宽。
高精度测量
由于采用了电磁感应原理，电磁 流量计具有较高的测量精度。
优点与局限性分析
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测量精度要求
根据实际需求选择适当精度的 电磁流量计。
流体性质
考虑流体的电导率、温度、压 力等性质，选择适合的电磁流
量计型号。
安装条件
根据管道尺寸、安装空间等条 件选择合适的电磁流量计。
维护和校准
考虑电磁流量计的维护和校准 方便性，选择易于操作的型号
。
THANKS
感谢观看
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霍尔效应
霍尔效应现象及原理
霍尔效应现象
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电 流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效 应。
霍尔效应原理
霍尔效应的本质是固体材料中的载流子在外加磁场中运动时 ，因为受到洛伦兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两 侧产生电荷积累，从而形成垂直于电流方向的电场。
粒子加速过程
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粒子源产生带电粒子，如电子 、质子等。
带电粒子在磁场中受到洛伦兹 力的作用，做匀速圆周运动。
当粒子运动到真空室中的高频 电场区域时，受到电场力的作
用，获得能量并被加速。
随着粒子能量的增加，其运动 半径逐渐增大，直到达到预定
的能量后引出。
应用领域
粒子物理研究
回旋加速器可用于产生 高能带电粒子，用于研 究物质的基本结构和性
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巩固 1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回 旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的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。
巩固 磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒 子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在 加速器中被加 速，加速电压为U。加速过程中 不考虑重力作用。 ⑴求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨 道半径之比； ⑵求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t； ⑶讨论粒子能获得的动能Ek跟和加速电场频率， 半径R，质量m之间关系。
【例4】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 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 量计所在处加磁感强度 为B的匀强磁场，
1．霍尔效应 1 IB IB k U ne d d 1 k 为霍尔系数 ne
2．磁流体发电机
3．电磁流量计
1
【例1】 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛 应用于测量和自动控制等领域。如图1，将一金属 或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧 面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势 差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的 移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累， 于是c、f间建立起电场EH，同时产生霍、b、c，左右两端开口，在垂直于 上下表面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前 后两个内侧面固定有金属板作为电极，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)，下列说法正确的是( )
【例3】A．若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧 面电势高 B．前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势， 与哪种离子多无关 C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大 D．污水流量Q与电压U成正比，与a、b有关
如图磁场沿着x方向，磁感应强度为B，一电子电 【例5】 量为e，质量为m，沿着OP方向以速度v发出，计 算电子再次回到x上的时刻和位置。
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【例1】 当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH 和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件 厚度d之间满足关系式UH＝RHIBd，其中比例系数 RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。 ⑴设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和 EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请 判断图1中c、f哪端的电势高； ⑵已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为 n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表 达式。(通过横截面积S的电流I＝nevS，其中v 是导电电子定向移动的平均速率)；
【例2】 如图所示，是磁流体发电机原理示意图。等离子体 是高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电 的微粒，而整体上呈中性。将一束等离子体喷射 入磁场。在磁场中的两块平行金属板M、N上就会 聚集电荷，
【例2】产生电动势。等离子体射入的速度为v，每块金属 板的面积为S，板间距离为d。匀强磁场的感应强 度为B，方向与v垂直。外电路电阻为R。设电离气 体充满两板间的空间且电阻率为ρ。求 ⑴过电阻R的电流大小和方向？ ⑵板间电压？
【例4】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， ⑴若在管外将流量计上、下两表面分别与一电压 表的两端连接，U表示测得的电压值。则流体 流量为多少？ ⑵在管外将流量计上、下两表面分别与一内阻为 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，则流体流量为多少？
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4．磁聚焦 ⑴带电粒子在地磁场的运动