第6课时：速度选择器、磁流体发电机专题

1、在电、磁场中，若不计重力，则：在电、磁场中，若不计重力，则： 在如图所示的平行板器件中，在如图所示的平行板器件中，电场强度电场强度E E和磁感应强度和磁感应强度B B相互垂相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。射入后发生偏转的情况不同。 这种装置能把具有某一特定速度这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，的粒子选择出来，匀速（或者说沿匀速（或者说沿直线）通过直线）通过,所以叫速度选择器。所以叫速度选择器。 思考思考 ：其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？：其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？电场、磁场方向不变，粒子从右向左运

2、动，能直线通过吗？电场、磁场方向不变，粒子从右向左运动，能直线通过吗？Eq=Bqv即即v=E/B速度选择器：速度选择器： 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； 带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能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。匀速（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，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。

3、洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。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？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/B1 1 在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂

4、直于电场和磁场方强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：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BC2 2如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所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具有的速率v=E/Bv=E/B，那么，那么: ( ): (

5、 )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，才能沿方向从左侧进入场区，才能沿直线通过直线通过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，才能沿方向从右侧进入场区，才能沿直线通过直线通过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，都方向从左侧进入场区，都能沿直线通过能沿直线通过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，都方向从右侧进入场区，都能沿直线通过能沿直线通过c3：正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度：正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度BC4：如图所示是质谱仪的示意图

6、。已知速度选择器中：如图所示是质谱仪的示意图。已知速度选择器中的磁场的磁场B1=0.40T，电场，电场E=1.00105N/C；偏转分离器；偏转分离器中的匀强磁场中的匀强磁场B2=0.50T。现有带一个基元电荷电量的。现有带一个基元电荷电量的两种铜离子，在感光底片上得到两个感光点两种铜离子，在感光底片上得到两个感光点A1、A2，测得测得SA1=0.658m，SA2=0.679m。求两种铜离子的质量。求两种铜离子的质量数。（已知数。（已知e=1.6010-19C，mp=1.6710-27kg）201020121212 22pmvBqvEqB qvRqB B RmESASARRRmnm其中 分别为

7、：质量数为： 磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内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，平行金属板能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板A A、B B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下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，电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，ABAB两板间便产生电压。如果把两板间便产生电压。如果把ABAB和用电器连接，和用电器连接，ABAB就就是一个直流电源的两个电极。是一个直流电源的两个电极。d原理原理负负电电荷荷B正电荷正电荷 Eq=Bqv磁流体

8、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ABAB板哪一板哪一个是电源的正极？个是电源的正极？2 2、此发电机的电、此发电机的电动势？（两板距离动势？（两板距离为为d d，磁感应强度，磁感应强度为为B B，等离子速度，等离子速度为为v v，电量为，电量为q q）B板板qvBdUq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

9、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，等离子体的电阻率为的电阻率为，喷入气体速度为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁，板间磁场的磁感强度为感强度为B B，板外电阻为，板外电阻为R R，当等离子气体匀速通，当等离子气体匀速通过过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，此时通过电势差最大，即为电源电动势，此时通过R R的电流的电流是多大？是多大？SRE, rBLII电源内电阻电源内电阻r=L/s 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

10、r =R中电流中电流I=ERr=BLVR LSBLVSRS L=磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接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成电能。其原理是将等离子体（高温下产生的等量转化成电能。其原理是将等离子体（高温下产生的等量的正、负离子的气体）以某一速度的正、负离子的气体）以某一速度v0射入磁场中，正负射入磁场中，正负离子向不同的极板偏转，从而使两极板带上等量异号电离子向不同的极板偏转，从而使两极板带上等量异号电荷。当两板间电压达到某一值时，电荷不再偏转。此电荷。当两板间电压达到某一值时，电荷不再偏转。此电压值即等于此磁流体发电机的电动势。设喷射等离子体压值即等

11、于此磁流体发电机的电动势。设喷射等离子体的速度为的速度为v0，匀强磁场为，匀强磁场为B，两极板间距离为，两极板间距离为d，两极板，两极板长为长为L，宽为，宽为a，等离子体的电阻率为，等离子体的电阻率为 求：求：（1）该发电机的电动势。该发电机的电动势。（2）若在两极板间接入电阻）若在两极板间接入电阻R，求极板间的电压。，求极板间的电压。（0909年宁夏卷）医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来年宁夏卷）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监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和和b以及以及磁极磁极N和和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，

12、两电极构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向均与血管壁接触，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。由于血液中的正负离子随血流一起在两两垂直，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，电极磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，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，血液中的离子所受的电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，两触点的距离为场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0mm3.0mm，血

13、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极。则血流速度的近似值和电极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五、五、 霍耳（霍耳（E.C.Hall)效应效应 在一个通有电流的导体板上，垂直于板在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电

14、势差，这一现象是电势差，这一现象是18791879年美国物理学家霍年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍霍耳电势差耳电势差 。霍耳霍耳 HUdb1V2VmFveFHEBI HUdb1V2VmFveFHEBI 霍尔元件霍尔元件abBAAIvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvIAAvevBeEaAAabBAAIAAUevBeaAAUvBaIIBaBaneSneab1IIBBnebnebAAIBUKb图是电

15、磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管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，测出管壁上的场区域时，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，就可以知道管中液体的流量以知道管中液体的流量Q-Q-单位时间内流过液体的体单位时间内流过液体的体积（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，试推出推出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Bqv=Eq=qu/d得得v=U/Bd流量：流量：Q=