《磁场(5)回旋加速器、磁流体发电机、霍尔效应、电磁流量计讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁场(5)回旋加速器、磁流体发电机、霍尔效应、电磁流量计讲义（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、磁流体发电机 霍尔效应 电磁流量计,一、速度选择器,装置：平行板器件中，有正交的匀强电场和匀强磁场 原理：带电粒子垂直进入正交场时，只有某一速度的 粒子能沿直线运动，并从小孔中出来 其它速度的粒子将发生偏转，不能从小孔中出来 功能：只选择速度，与粒子的电性、电量、质量无关,v = E / B,Eq=Bvq,二、质谱仪,1、构造：,2、用途：把不同比荷的粒子分开， 测量带电粒子的荷质比和分析同位素。,分析：q /m不同r不同打在相片的不同位置 在照片上会形成若干条谱线状的细条每一条普线 对应于一定的荷质比,三、回旋加速器 （1）构造： 两个半圆形的金属盒，盒间有一窄缝，窄缝中有一粒子源。 盒子处
2、在匀强磁场中，窄缝区域无磁场，但有交变电场。,2工作原理： 粒子源发出带电粒子，在窄缝中被电场加速， 然后进入磁场做圆周运动，到达窄缝后又被加速， 进入磁场又做圆周运动，如此这样一直运动下去， 最后会从盒子的外边缘飞出。,（1）粒子每次进入狭缝都被电场加速： 交变电场的变化周期,（2）粒子的最大速度和最大动能：,= 粒子做圆周运动的周期。,粒子的最大半径rm = D形盒的半径：R,（3）粒子在金属盒中运动的总时间,旋转圈数,问题：加速电压使粒子不断加速，洛伦兹力并不对粒子做功 但影响 最大动能的 是 B，而不是 U ，怎么解释？,分析： （1）加速电压高，粒子每次加速后的动能增量大，回旋 半径
3、增加多，回旋次数少，被加速的次数少。,（2）B越大，r增加得越少，粒子回旋次数增多，被加速次数 也越多，粒子的最大动能也越大。,四、磁流体发电机,1、等离子体： 气体通常呈中性，但在高温下，气体会被电离成正负离子，这种状态下的气体称为等离子体。,2、磁流体发电机的原理：,（1）装置：M、N为平行金属，板间有匀强磁场， 让等离子体从两板之间垂直进入匀强磁场。,（2）磁流体发电机的原理：,正负离子受到f洛偏转打到两金属板上 两板间产生电场、电压。,当金属板与用电器组成闭合回路，金属板相当于电源。,电荷量积累到一定程度： f洛=F电 粒子不再偏转两板间电压达到最大。此后的粒子均做匀速直线运动。此时两
4、板间电压即为电源的电动势,开始阶段：电压较小 f洛F电两板上电荷增多场强、电压增大。,设：平行金属板面积-S 间距-L 等离子体电阻率- 喷入气体的速度-v 磁场的磁感强度-B 板外电阻 -R 求：R中的电流,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， 会在导体的上、下表面产生电压，这一现象称为,2、霍尔电压：导体的上、下表面所达到的稳定的电压。,五、霍尔效应,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：,k-霍尔系数：,霍尔电压：UH=Bvd.,霍尔系数：,例：如图所示，长方形玻璃水槽中盛有 NaCl 水溶液， 在水槽的左右侧 c、d 的内侧各装一导体
5、片，使溶液中通 入沿x 轴正方向的电流I，沿y 轴正方向加恒定的匀强磁 场B，图中a、b是垂直于z轴方向的前后两侧面，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,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, 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
6、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。,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. 电势ab B. 电势ab C. 电流增大, a-b 增大 D. 其它条件不变,将铜板改为NaCl水溶液时,空间各点的电势大小与铜板导电时的情况一样,分析：铜板中导电的电荷是电子，定向移动的速度方向与电流的方向相反，由左手定则可判断电子在磁场中偏转的方向偏向a 侧，a板带负电，b板带正电，发生霍尔效应，电势a b。 稳定时，电子受力平衡,电解质中运动的 Na离子和Cl 离子受磁场力
7、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 （单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。,2、模型：横截面为长方形的一段管道，中空部分的长、宽、高 分别为图中的 a、b、c，两端与输送液体的管道相连 （图中虚线），上下两面是金属材料，前后两面是绝 缘材料。,3、工作原理： 将流量计放在匀强磁场 B中,磁场方向垂直于前后两面。当导电液体（正、负离子）流经该管道时，导体上下表面带电，最终会达到稳定状态（此时上、下表面间的电压即为电源的电动势）。 此后的导体流体将在管中做匀速运动，流过
8、管内横截面的流体的体积保持稳定。这时，就可测出：导电液体的流量Q （单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。,Q = vS = v bc,Q 的计算公式：,例：将流量计放在匀强磁场B中,磁场方向垂直前后 两面。当导电液体流经流量计的流量稳定时，在 管外将流量计上、下两表面间接入电阻R和电流 表。若用I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻，则可求得流量为 AI (bR+c/a) /B BI (aR+b/c) /B CI (cR+a/b) /B DI (R+bc/a) /B,（1）流量计上、下两面间稳定的电势差为： 由 qU/c = qvB 得： U=Bcv （2）电源内阻：r=
9、 l/S= c/ab （3）由 I=E/(R+c/ab) Bcv =I ( R+c/ab ) 得：v = I ( R+c/ab ) /Bc Q =vS= vbc = I (bR+c/a)/B,例：一块金属立方体三边长度分别为a、b、c，将它连在直流电路中，电流表A的示数为I，如图所示现于空间加上方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场，并于金属块前后两表面之间连接一个直流电压表V，其示数为U试求： （1）电压表接线柱m、n中哪一个是正接线柱？ 哪一个是负接线柱？ （2）金属中的载流子（自由电子） 的定向运动的 速率v多大？ （3）金属中的载流子 密度n 多大？,n：单位体积内由电荷数,1） n、
10、m谁是正接线柱？,2）电子的速度v： 霍尔电势差为U,3）载流子的密度n：,n为正、m为负,由：I=nesv，得：,在原子反应堆中抽动金属或在医疗器件中抽动血液等导电液时,由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触, 常使用一种电磁泵,图中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,这种液体即被驱动. 问: (1)这种电磁泵的原理是什么? (2)导电管的截面积为ab,磁 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, 求驱动力造成的压强差为多少?,L,a,b,S,N,v,I,B,例：如图所示,矩形管长为l，宽为d，高为h，上下两表面是 绝缘体，相距为d 的两侧
11、面是导体, 并用粗导线M、N相连接。令电阻率为的水银充满矩形管，并且源源不断地流过该矩形管，已知水银匀速通过管子的速度与管子两端的压强差成正比, 且当管两端压强差为p 时，水银流速为v0 . 今在矩形管所在的区域，加一个与管子的上下平面垂直的匀强磁场，磁感应强度为B。稳定后，求：水银在管子的流速。,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，该回路电流在磁场中运动时受安培力作用，安培力F 的方向与
12、水银流动方向相反，从而在水银管两端产生附加压强p，则,又,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，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化，由于这一群电子散布的范围很小，可以看作集中与一点，共有N个电子，每个电子的电量为e，质量为m，设这群电子圆形轨道的直径为D，电子群离电极1端点P的最短距离为r （1）这群电子做圆周运动的速率、频率各是多少？（2）在电极1的端点P处， 电场强度变化的频率是多少？（3） 在电极1的端点P处，运动的电子群 产生的电场强度最大值、最小值各 是多少？,D,
