磁场与现代技术

1、磁场与现代技术磁场在生产、生活、科研中的应用非常广泛：如显像管、回旋加速器、速度选择器、正负电子对撞机、 质谱仪、电磁流量计、磁流体发电机、霍尔效应等等.，考纲对这部分知识要求掌握的程度级别属i,与 课程标准的“了解”和“认识”相当。但此知识点的命题中常作为带电粒子在磁场的运动问题的重要背景 材料，考查对磁场力特点的理解和信息分析能力。例题1、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个p形金属盒， 两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两p形金属盒处于垂直于 盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说i -法

2、中正确的是（）a. 增大磁场的磁感应强度b. 增大匀强电场间的加速电压c. 增大p形金属盒的半径d. 减小狭缝间的距离例题2、图为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道的半径为 r，均匀辐向电场的场强为e，磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为b，问：为了使位于a处电量为q、质量为m的离子，从静止开始经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，加速电场的电压u应为多大？离子由p点进入磁分析器后，最终打在乳胶片上的q点，该点距入射 点p多远？若有一群离子从静止开始通过该质谱仪后落在同一点q,则该 群离子有什么共同点？b1f1%例题3、为了监测某化工厂

3、的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装 置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，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b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右流经该装置时，理想电压表将显示两个电极间 的电压u，若用q表示污水流量（单位时间内排出污水的体积），下列 说法正确的是（）a. 若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高b. 若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高c. 污水中离子浓度越高电压表的示数将越大d. 污水流量q与u成正比，与a、b无关例题4、电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实

4、 现的。电子束经过电压为z/的加速电场后，进入一圆形匀强磁 场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为汉 半径为r。当不加磁场时，电子束将通过6?点而打到屏幕的中 心似点。为了让电子束射到屏幕边缘a需要加磁场，使电子 束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度沒应为多少？例题5、如图所示，厚度为/7,宽度为ty的导体板放在垂直于它的磁感应强度为f的均匀磁场中，当电流 通过导体板时，在导体板的上侧面和下侧面之间会产生电势差。这种现象称为霍尔效应。实验表明，ib当磁场不太强时，电势差z/、电流/和沒的关系为a/rl，式中的比例系数zr称为霍尔系数。霍尔效应可 解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动

5、的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电 荷，从而形成横向电场、横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电力与洛仑兹力达到平 衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流/是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为r,电量 为&回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面4的电势下侧面i的电势（填高于、低于或等于）。（2）电子所受的洛仑兹力的大小为。（3）当导体板上下两侧之间的电势差为£/时，电子所受静电力的大小为。（4）由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为。其中n代表导体板单位体积中电子的个数。两极板间匀强磁场的磁感应强度

6、为队等例题6、图为磁流体发电机的示意图。设两金属板间的距离为a离子体垂直进入磁场的速度为单个离子所带的电量为离子通道（即两极板内所围成空间）的等效电 阻为r，负载电阻为/?。求：（1）该发电机的电动势；（2）发电机的总功率。导电流体sr例题7、核聚变反应需要几百万度以上的高温，为把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内（否则不 可能发生核反应），通常采用磁约束的方法（托卡马克装置）。如图所示，环状匀强磁场围成中空区域， 中空区域中的带电粒子只要速度不是很大，都不会穿出磁场的外边缘而被约束在xxx;x该区域内。设环状磁场的内半径为r,=0. 5m,外半径r2=1.0m,磁场的磁感强度 b=1.0

7、t,若被束缚带电粒子的荷质比为q/m=4x107c/kg,中空区域内带电粒子具 有各个方向的速度、试计算：（1）粒子沿环状的半径方向射入磁场，不能穿越磁场的最大速度；（2）所有粒子不能穿越磁场的最大速度：（3）所有粒子都能穿越磁场的最小速度。1. 答案：ac1 ,2. 解析：(1)设离子经加速电场加速后速度为v,根据动能定理：qu=-mv2®22离子通过静电分析器做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律：eq = mlrer联立方程：u=22(2)离子进入磁分析器做匀速圆周运动，磁场力提供向心力：bqv = m rw入可侍r =则q点到p点的距尚d = 2r =q b2qb2由式可知：通过该质谱仪后落在同一点q的离子的比荷i相同。m3. 答案：d4. 解析：如图所示，电子在磁场中沿圆弧m运动，圆心为g半径为/?。以t/表示电子进入磁场时的速度，1 .m、e分别表不电子的质量和电量，贝lj ef/ = mv4由以上各式t解得2u