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1、磁场应用第1页，共16页，编辑于2022年，星期日三、磁流体发电机三、磁流体发电机 图所示的是磁流体发电机原理图，图所示的是磁流体发电机原理图，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差势差.设设A、B平行金属板的面积为平行金属板的面积为S，相距，相距L，等离子气体的，等离子气体的电阻率为电阻率为，喷入气体速度为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过，当
2、等离子气体匀速通过A、B板间时，板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势.此此时离子受力平衡：时离子受力平衡：Eq=Bqv,v=E/B,电动势电动势E=BLv.第2页，共16页，编辑于2022年，星期日1 1、如图所示为磁流体发动机示意图，其中两极板、如图所示为磁流体发动机示意图，其中两极板间距为间距为d=20cmd=20cm，磁场的磁感应强度，磁场的磁感应强度B=5TB=5T，若接入，若接入额定功率为额定功率为P=100WP=100W的灯泡，灯泡正常发光，其正的灯泡，灯泡正常发光，其正常发光时电阻为常发光时电阻为R=4
3、00R=400，不，不计发电机内阻，求：机内阻，求：（1 1）等离子体的流速）等离子体的流速为多大？多大？（2 2）若等离子体均）若等离子体均为一价离子，一价离子，则每秒每秒钟有有多少个离子打在下极板？多少个离子打在下极板？RvB第3页，共16页，编辑于2022年，星期日 【例【例1 1】图所示为磁流体发电机的示意图，将气体加图所示为磁流体发电机的示意图，将气体加热到很高的温度，使它成为等离子体热到很高的温度，使它成为等离子体(含有大量正、负含有大量正、负离子离子)，让它以速度，让它以速度v v通过磁感应强度为通过磁感应强度为B B的匀强磁场区，的匀强磁场区，这里有间距为这里有间距为d d的电
4、极的电极a a和和b.b.(1)(1)说明磁流体发电机的原理说明磁流体发电机的原理.(2).(2)哪个电极为正极哪个电极为正极.(3)(3)计算电极间的电势差计算电极间的电势差.(4).(4)发电通道两端的压强差发电通道两端的压强差?第4页，共16页，编辑于2022年，星期日 【解析】【解析】(1)带电粒子进入磁场场后受到洛伦兹力的带电粒子进入磁场场后受到洛伦兹力的作用而向两个极板运动，在两个极板上积累的电荷越来作用而向两个极板运动，在两个极板上积累的电荷越来越多，从而在两个极板间产生竖直方向的电场，且越来越多，从而在两个极板间产生竖直方向的电场，且越来越强，最终后来的带电粒子受电场力和磁场力
5、平衡后，越强，最终后来的带电粒子受电场力和磁场力平衡后，沿直线匀速通过叠加场，而在两个极板间产生了持续的沿直线匀速通过叠加场，而在两个极板间产生了持续的电势差电势差.(2)b板为电源正极板为电源正极.(3)根据平衡时有库电场力根据平衡时有库电场力=洛伦兹力，即洛伦兹力，即Eq=Bqv，E=U/d.因此得因此得U=Bvd(即电动势即电动势).第5页，共16页，编辑于2022年，星期日 (4)设负载电阻为设负载电阻为R，电源内阻不计，通道横截面为边，电源内阻不计，通道横截面为边长等于长等于d的正方形，入口处压强为的正方形，入口处压强为p1，出口处压强为，出口处压强为p2；当开关闭合后，发电机的电功
6、率为；当开关闭合后，发电机的电功率为 P电电=U2/R=(Bdv)2/R.根据能的转化与守恒定律有根据能的转化与守恒定律有 P电电=F1v-F2v，而，而F1=p1S，F2=p2S.所以通道两端压强差所以通道两端压强差P=p1-p2=B2v/R.第6页，共16页，编辑于2022年，星期日 如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器，设导管直径为器，设导管直径为d d，用非磁性材料制成，磁感应强度为，用非磁性材料制成，磁感应强度为B B，a a、b b间测出电势差为间测出电势差为U U电磁流量计：电磁流量计：第7页，共16页，编辑于2022年，
7、星期日 导电液体中的自由电荷导电液体中的自由电荷(正负离子正负离子)在洛伦兹力作用下在洛伦兹力作用下纵向偏转，纵向偏转，a、b间出现电势差间出现电势差.当自由电荷所受电场力和当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定间的电势差就保持稳定.由由Bqv=Eq=Uq/d,可得可得v=U/Bd.则流量则流量第8页，共16页，编辑于2022年，星期日1 1、为监测某化工厂的的污水（导电液体）排放量，环境保护机、为监测某化工厂的的污水（导电液体）排放量，环境保护机构在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由绝构在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由
8、绝缘材料制成，长、宽、高分别为缘材料制成，长、宽、高分别为a a、b b、c c，左右两端开口。在垂，左右两端开口。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B B的匀强磁场，在前后的匀强磁场，在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，理想电压表将显示两个电极间的电压右流经该装置时，理想电压表将显示两个电极间的电压U U。若用。若用QQ表示污水流量（单位时间内排出的污水的体积），下列说法中表示污水流量（单位时间内排出的污水的体积），下列说法中正确的是（正确的是（）A A前表
9、面电极电势比后表面电极电势高；前表面电极电势比后表面电极电势高；B B后表面电极电势比前表面电极电势高；后表面电极电势比前表面电极电势高；C C电压表的示数电压表的示数U U与污水中离子浓度成与污水中离子浓度成正比；正比；D D污水流量污水流量QQ与电压表的示数与电压表的示数U U成正比，成正比，与与a a、b b无关。无关。第9页，共16页，编辑于2022年，星期日霍耳效应：霍耳效应：如图：厚度为如图：厚度为h h，宽度为，宽度为d d的导体板放在垂直于磁感强度为的导体板放在垂直于磁感强度为B B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体上下侧面间会的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体上下
10、侧面间会产生电势差，这种现象叫产生电势差，这种现象叫霍耳效应霍耳效应。稳定时：稳定时：设电流强度为设电流强度为I I，电荷定向移动速度为，电荷定向移动速度为V V，上下两侧电压，上下两侧电压为为U U第10页，共16页，编辑于2022年，星期日又又 （n为单位体积自由电荷数）为单位体积自由电荷数）(2)式代入式代入(1)式式(k为霍耳系数）为霍耳系数）第11页，共16页，编辑于2022年，星期日2 2、设电设电流流I I是由是由电电子的定向流子的定向流动动形成的，形成的，电电子的平均定子的平均定向速度向速度为为，电电荷量荷量为为e e回答下列回答下列问题问题：（1 1）达到）达到稳稳定状定状态
11、时态时，导导体上体上侧侧面面A A的的电势电势_下下侧侧面面AA的的电势电势（填（填“高于高于”、“低于低于”或或“等于等于”）（2 2）电电子所受的洛子所受的洛伦兹伦兹力的大小力的大小为为_（3 3）当）当导导体上、下两体上、下两侧侧之之间间的的电势电势差差为为U U时时，电电子所受的子所受的静静电电力的大小力的大小为为_（4 4）由静）由静电电力和洛力和洛伦兹伦兹力平衡的条件，力平衡的条件，证证明明霍霍尔尔系数系数为为K K ，其中其中n代表导体代表导体板单位体积中电子的个数。板单位体积中电子的个数。B d h A A I 第12页，共16页，编辑于2022年，星期日0.625m/s第13
12、页，共16页，编辑于2022年，星期日第六节第六节第六节第六节 洛沦兹力与现代技术洛沦兹力与现代技术洛沦兹力与现代技术洛沦兹力与现代技术四四四四.质谱仪质谱仪质谱仪质谱仪第14页，共16页，编辑于2022年，星期日第六节第六节第六节第六节 洛沦兹力与现代技术洛沦兹力与现代技术洛沦兹力与现代技术洛沦兹力与现代技术五五五五.回旋加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器1.加速电场的周期与带电粒子在加速电场的周期与带电粒子在D型盒中圆周运动周期相等。型盒中圆周运动周期相等。2.设设D型盒最大半径型盒最大半径R，则回旋加速器所能达到的最大动能为：，则回旋加速器所能达到的最大动能为：第15页，共16页，编辑于2022年，星期日1、盒内有无电场？、盒内有无电场？2、离子在盒内做何种运动？、离子在盒内做何种运动？3、所加交流电频率应是多大、所加交流电频率应是多大?4、离子离开加速器时速度为多大？最大动能为、离子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？多少？5、设两、设两D形盒间的电场的电势差为形盒间的电场的电势差为U，其电场均，其电场均匀（粒子在电场中加速时间可忽略），求加速到匀（粒子在电场中加速时间可忽略），求加速到上述能量所需的时间？上述能量所需的时间？第16页，共16页，编辑于2022年，星期日