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1、速度选择器磁流体发电机专题第1页，本讲稿共20页速度选择器：速度选择器：1.1.1.1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；2.2.2.2.带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。（或者说沿直线）通过速度选择器。否则偏转。否则偏转。3.3.注意电场和磁场的方向搭配。注意电场和磁场的方向搭配。v 将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。将减小，轨迹
2、是一条复杂曲线。若速度小于这一速度？若速度小于这一速度？电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大；电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大；若大于这一速度？若大于这一速度？第2页，本讲稿共20页速度选择器+BEv=E/BvE/BFfFf当Ff时，EqBqv即：vE/B时，粒子作曲线运动。当F=f时，Eq=Bqv即：v=E/B时，粒子作匀速直线运动。当Ff时，EqE/B时，粒子作曲线运动。vE/B第3页，本讲稿共20页练练习习:在在两两平平行行金金属属板板间间有有正正交交的的匀匀强强电电场场和和匀
3、匀强强磁磁场场，一一个个带带电电粒粒子子垂垂直直于于电电场场和和磁磁场场方方向向射射入入场场中中，射射出出时时粒粒子子的的动动能能减减少少了了，为为了了使使粒粒子子射射出出时时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：A.A.增大粒子射入时的速度增大粒子射入时的速度B.B.减小磁场的磁感应强度减小磁场的磁感应强度C.C.增大电场的电场强度增大电场的电场强度D.D.改变粒子的带电性质改变粒子的带电性质BC第4页，本讲稿共20页2 2如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所具有的速如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所具有的速率率v=E/
4、Bv=E/B，那么，那么:():()A A带正电粒子必须沿带正电粒子必须沿abab方向从左侧进入场区，才能沿直线通方向从左侧进入场区，才能沿直线通过过B.B.带负电粒子必须沿带负电粒子必须沿baba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过方向从右侧进入场区，才能沿直线通过C C不论粒子电性如何，沿不论粒子电性如何，沿abab方向从左侧进入场区，都能沿直线方向从左侧进入场区，都能沿直线通过通过D.D.不论粒子电性如何，沿不论粒子电性如何，沿baba方向从右侧进入场区，都能沿直线方向从右侧进入场区，都能沿直线通过通过c第5页，本讲稿共20页3：正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和电场：正交的匀强磁场和
5、匀强电场的磁感应强度和电场强度分别为强度分别为B和和E，一带电的粒子，以速度，一带电的粒子，以速度v1垂直射垂直射入，而以速度入，而以速度v2射出，则（射出，则（射出，则（射出，则（）A.v1=E/BE/B v v2v1 B.v1 1E/B,v2v1 C.v v1 1E/B v2 2v1 D.D.v1E/B.v2v1 BCqBvqBvEqEqqBvqBvEqEq第6页，本讲稿共20页2.2.磁流体发电机磁流体发电机 磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板A
6、A、B B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，ABAB两两板间便产生电压。如果把板间便产生电压。如果把ABAB和用电器连接，和用电器连接，ABAB就是一个就是一个直流电源的两个电极。直流电源的两个电极。第7页，本讲稿共20页d原理原理B正电荷正电荷Eq=Bqv第8页，本讲稿共20页磁流体发电机磁流体发电机Eq=Bqv电动势：电动势：E=Ed=Bvd电流：电流：I=E/（R+r）流体为：等离子束流体为：等离子束目的：发电目的：发电1 1、图中、图中A
7、BAB板哪一个板哪一个是电源的正极？是电源的正极？2 2、此发电机的电动、此发电机的电动势？（两板距离为势？（两板距离为d d，磁感应强度为，磁感应强度为B B，等离子速度为等离子速度为v v，电，电量为量为q q）B板板第9页，本讲稿共20页练习：如图所示是等离子体发电机的示意图，平行金练习：如图所示是等离子体发电机的示意图，平行金属板间的匀强磁场的磁感应强度属板间的匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，两板间距离，两板间距离为为20，要使，要使AB端的输出电压为端的输出电压为220V，则等离子垂，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？直射入磁场的速度为多少？代入数据得代入数据得代入数据得代入数据得
8、v=2200m/sv=2200m/s电流的方向如何？电流的方向如何？电流的方向如何？电流的方向如何？由由由由B B到到到到A A第10页，本讲稿共20页磁流体发电机磁流体发电机原理是：等离子气体喷入磁场，原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下正、负离子在洛仑兹力作用下发生偏转而聚集到发生偏转而聚集到A、B板上，板上，产产生电势差生电势差.设设A A、B B平行金属板的面积为平行金属板的面积为S S，相距，相距L L，等离子体的电阻，等离子体的电阻率为率为，喷入气体速度为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为，板间磁场的磁感强度为B B，板外电阻为板外电阻为R R，当等离子气体
9、匀速通过，当等离子气体匀速通过A A、B B板间时，板间时，A A、B B板上聚焦的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电板上聚焦的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势，此时通过动势，此时通过R R的电流是多大？的电流是多大？第11页，本讲稿共20页SRE,rBLII电源内电阻电源内电阻r=L/s 第12页，本讲稿共20页E 场场q=BqV，E场场=BV电动势电动势E=E场场L=BLVLS电源内电阻电源内电阻r=R中电流中电流I=ERr=BLVR LSBLVSRS L=第13页，本讲稿共20页五、五、五、五、霍耳（霍耳（霍耳（霍耳（E.C.Hall)E.C.Hall)效应效应效应效应 在在一
10、一个个通通有有电电流流的的导导体体板板上上，垂垂直直于于板板面面施施加加一一磁磁场场，则则平平行行磁磁场场的的两两面面出出现现一一个个电电势势差差，这这一一现现象象是是18791879年年美美国国物物理理学学家家霍霍耳耳发发现现的的，称称为霍耳效应。该电势差称为为霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差霍耳电势差 。霍耳霍耳第14页，本讲稿共20页霍尔元件霍尔元件第15页，本讲稿共20页第16页，本讲稿共20页图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道图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外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域
11、时，测出管壁上的域时，测出管壁上的abab两点间的电动势两点间的电动势U U，就可以知道，就可以知道管中液体的流量管中液体的流量Q-Q-单位时间内流过液体的体积单位时间内流过液体的体积（m m3 3/s/s）。已知管的直径为）。已知管的直径为D D，磁感应强度为，磁感应强度为B B，试推出，试推出Q Q与与U U的关系表达式。的关系表达式。流体为：导电液体流体为：导电液体 目的：测流量目的：测流量3 3、电磁流量计、电磁流量计第17页，本讲稿共20页Bqv=Eq=qu/d得得v=U/Bd流量：流量：Q=Sv=dU/4Bdba导电导电液体液体若管道为其他形状若管道为其他形状,如矩形呢如矩形呢?第
12、18页，本讲稿共20页例：如图9-31所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感强度为B。现测得液体a、b两点间的电势差为 U（a、b为流量计上下表面的两点），求管内导电液体的流量Q。ab液体图9-31+_导电液体BE+_ _ _ _+_ _ _ _Uab第19页，本讲稿共20页（0909年宁夏卷）医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过年宁夏卷）医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和和b以及磁极以及磁极N和和S构成，磁
13、构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为的距离为3.0mm3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160V160V，磁感应强度的大小为，磁感应强度的大小为0.040T0.040T。则血流速度的近似值和电。则血流速度的近似值和电极极a a、b b的正负为的正负为 （）A.1.3m/s，a正、正、b负负 B.2.7m/s，a正、正、b负负C.1.3m/s，a负、负、b正正 D.2.7m/s，a负、负、b正正A第20页，本讲稿共20页