X03-KD04《磁学仪器》TYK2015

1、X03-KD05磁学仪器TYK2016一、基本知识1、安培力的应用（1）磁电式电流表（电压表） 蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布的（图 2 ) ，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁力线平行，因此碰场使线圈偏转的力偶矩 M1不随偏角而改变另一方面，线圈的偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产主一个阻碍线圈偏转的力矩M2线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩M2也越大。到M1跟M2平衡时，线圈就停在某一偏角上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。电流表的构造如图 l 所示。在很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的图柱形铁心，铁心外面套一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转

2、轴上装有两个螺旋弹簧（游丝）和一个指针。线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧通入线圈的。设电流表通电线圈的匝数为N，则线圈受到的力偶矩M1=NBIS，由于NBS 为定值所以 M1与电流强度I成正比。设 k1=NBS ，则M1= k1I 。另一方面，弹黄产生的力矩M2跟偏角成正比，即M2=k2，其中k2是一个比例恒量M1和M2平衡时，k1I=k2，即=kI，其中 k= k1/ k2 也是一个恒量。可见，测量时指针偏转的角度跟电流强度I成正比，这就是说，这种电流计的刻度是均匀的：这种利用永久磁铁来使通电线圈偏转的仪表叫做磁电式仪表。这种仪表的优点是刻度均匀，准确度高，灵敏

3、度高，可以测出很弱的电流；缺点是价格较贵，对过载很敏感，如果通入的电流超过允许值，就很容易把它浇掉，使用时要特别注意。窗体底端（2）电磁泵电磁泵是利用液体导电时受到向上的安培力把液体抽上来的图中盒中电流向下流动，由左手定则可知电流受的安培力向左，管中液体就向左被抽出，竖直管中的液体在大气压力下向上运动。（3）电流天平 如图所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度,他的右臂挂着矩形线圈,匝数n , 线圈的水平边长为L , 处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直,当线圈中通过电流I时,调节砝码使两臂达到平衡,然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能时两臂

4、再达到新的平衡,用已知量和可测量n、m、L、I就可以计算出B的大小2、电场磁场同区域应用（4）速度选择器原理图如图所示，平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE = qv0B，即v0 = （5）磁流体发电机原理图如图所示，磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能根据左手定则，如图中的B是发电机 极磁流体发电机两极板间的距离为l，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U = 电源电阻r = l/S，外电阻R中的电流可由闭合电路欧姆定律求出，即I = E

5、/(R + r) = BlvS/(RS +l)（6）测速仪、电磁流量计原理图如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷（正、负离子），在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB = qE = qU/D，所以v = ，因此液体流量所以Q = vS = （7）霍尔效应原理图如图所示，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差当达到稳定状

6、态时，都存在电场力和洛伦兹力平衡的关系，即qU/d = qvB，霍尔电势差U = 3、电场磁场不同区域应用(8)质谱仪： 构造：如图所示，由粒子源、加速电场、 和照相底片等构成 原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU = mv2/2；粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB = mv2/r；由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷；r = 、m = 、=(9) 回旋加速器： 构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源D形盒处于 磁场中 原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期 ，粒子在圆周运动

7、的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由qvB = mv2/R，得Ekm = ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒 决定，与加速 无关 （10）电视机显像管电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。 论s （10）的匝数为，被测电流就是经过这两个弹簧通入线圈的： 电子枪电子枪的功能是发射电子、控制电子流，并将电子束聚焦、加速后打到荧光屏上形成细小的光点。黑白显像管通常采用单电位电子枪，由热阴极发射电子，控制极控制发射电流的大

8、小。电子经1216千伏的阴极电压聚焦加速后轰击荧光屏，在荧光屏上产生随视频信号的强弱而调制的光斑。偏转系统显像管普遍采用磁偏转系统。磁偏转系统包括两组互相垂直的线圈，一组线圈有扫描电流流过时电子束产生水平方向偏转，另一组线圈有电流流过时电子束的水平扫描线逐渐自上而下地移动。在逐行扫描制中，水平扫描的周期为垂直扫描的1/625；在隔行扫描制中，则为2/625。二、考点例题（1）磁电式电流表（电压表）（2）电磁泵（3）电流天平（4）速度选择器（5）磁流体发电机（6）测速仪、电磁流量计（7）霍尔效应(8) 质谱仪：(9) 回旋加速器： （10）电视机显像管（一）电流表T1-KSP62T11T2-JJ

9、JLP96T4T3-XZ. 一只电压表读数偏小，为纠正这一偏差，可以采取的措施是( )A.减少表头线圈的匝数B.增大表内的串联电阻C.增强表头的永久磁铁的磁性D.转紧表内的螺旋弹簧（二）电磁泵B-WLTCT46如图所示，流体磁动力泵的矩形槽左右两壁是导电的，前后两壁是绝缘的，槽宽L=5cm，高h=10.5cm，槽的下部与水银面接触，上部与竖直非导电管相连，匀强磁场方向垂直于绝缘壁，B=0.1T当给两导电壁间加一电压U=1V时，水银在泵中可上升的高度是多少?（取水银电阻率=·m，水银密度0=1.4×kgm3，重力加速度g=10m) T-CD电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛

10、应用。如图所示，泵体是一个长方体，ab边长为L1，两侧端面是边长为L2的正方形；流经泵体内的液体密度为、在泵头通入导电剂后液体的电阻率为，泵体所在处有方向垂直向外的磁场B，把泵体的上下两表面接在电压为U(内阻不计)的电源上，则（   ）A泵体上表面应接电源正极B通过泵体的电流I = UL C增大磁感应强度可获得更大的抽液高度D增大液体的电阻率可获得更大的抽液高度（三）电流天平1、如图所示 为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度,他的右臂挂着矩形线圈,匝数n=9,线圈的水平边长为L,处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直,当线圈中通过电流I时,调节砝

11、码使两臂达到平衡,然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能时两臂再达到新的平衡,  （1）导出用已知量和可测量n、m、L、I,计算B的表达式  （2）当L=10.0cm,I=0.10A,m=8.78g时,磁感应强度是多少? T1-D2、上图是用来测量匀强磁场的磁感应强度的电流天平。天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，线圈匝数为N，水平边长为L，线圈的下部处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面当线圈中通有电流I （方向如图）时，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡当电流反向（大小不变）时，左边再加上质

12、量为m的砝码后，天平重新平衡由此可知（）A. 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为B. 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为C. 磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为D. 磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为（四）速度选择器KSP67T5（速度选择器）C-KS63T10KS63T11XZ-KD03-ZG33如图所示，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变 （ ）A粒子速度的大小 B粒子所带的电荷量C电场强度 D磁感

13、应强度（五）磁流体发电机B-WSSP89T2T1B-WLTCT62  如图所示是磁流体发电机的原理示意图A、b两平行极板相距d=10cm，中间有B=0.5T的匀强磁场，磁感线方向如图所示发电时，如果只有速度v=400m/s的正负离子自左向右通过a、b板间那么，在稳定工作后，a、b两板的电压Uab=_V电键接通后，通过负载电阻R的电流方向_（六）流量计、测速仪B-WSSP89T3B-JJJLP107L3（电磁流量计）C-KSP70T10C-WSSP92T1（七）霍尔效应C-KSP67T71-WSSP89T4（八）质谱仪JJJLP106L1B-JJJLP109L4C-JJJLP

14、107L4B-KSP66T12C-KSP67T8（九）回旋加速器T1-JJJLP109L2（回旋加速器）T2-JJJLP103L3T3-JJJLP104T12T4-JJJLP103JT3T5-JJJLP103T5T6-SJSP110T2T7-WSSP91L4T8-WSSP92T4-2 T9-KSP70T14T10-X03-KD02-ZY5如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是（ ）A在

15、Ek t图中应有t4 t3 = t3 t2 = t2 t1B高频电源的变化周期应该等于tn tn1C粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径T11-X03-KD03-ZY1粒子回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频率交流电的频率为f，加速电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为 +e，在加速器中被加速不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（ ）A不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器也可加速粒子B加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大C质子被加速后的最大速度不能超过2RfD质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为1T12P9（十）显像管T1-SJSP104L2T2-KSP70T13T3-SJSP104L2T4-X03-KD03-LX2有人设计了一种带电颗粒的速率分选装置，其原理如图所示两带电金属板间有匀强电场