高中物理与磁场有关的六种仪器的高考试题解析

1、与磁场有关的六种仪器的高考试题解析现代仪器很多都要用到磁场，利用带电粒子在磁场中受洛伦兹力运动，根据运动的轨迹来偏转、分析、选择粒子，而带电粒子在磁场中运动又是高考的重点，所以把带电粒子的运动和与磁场有关的仪器结合起来成为高考命题者追求的目标，下面就近几年来常考的几种题型归类如下：1.速度选择器由正交的匀强电场和匀强磁场组成，带电粒子必须满足唯一的速度大小和方向才能通_E _E过，否则会发生偏转，由= 得 s ,即只有 b的粒子才能通过。(06重庆)有人设想用下图所示的装置来选择密度相同、大小不同的球状纳米粒子。 TOC o 1-5 h z 粒子在电离室中电离后带正电，电量与其表面积成正比。电

2、离后，粒子缓慢通过小孔O进入极板间电压为U的水平加速电场区域I ,再通过小孔O射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域II ,其中磁场的磁感应强度大小为 B,方向如图。收集室的小孔 Q与O. Q在同一条 水平线上。半径为r。的粒子，其质量为 no、电量为q。，刚好能沿 OO直线射入收集室。不 计纳米粒子重力。430弊=_河球=4后(3)(1)试求图中区域II的电场强度；(2)试求半径为r的粒子通过 Q时的速率；(3)讨论半径rw匕的粒子刚进入区域II时向哪个极板偏转。解析:(1)设半径为r0的粒子加速后的速度为设区域II内电场强度为E,则8 = 8尽vo q oB= q 0E1电场强度方向竖直向上

3、。(2)设半径为r的粒子的质量为 m带电量为q、被加速后的速度为 v,则-wv -qU V=J二，一为2得： 1 W上(3)半径为r的粒子，在刚进入区域 II时受到合力为：_ _ _ _z 二为=、， F合=qE-qvB=qB (vo-v)由 可知，当rr。时，v0,粒子会向上极板偏转；rvo, F合d时，ti可忽略不计。.电磁流量计原理：流管由非磁性材料制成， 导电流体在其中流动， 导电流体中的正负离子在洛伦兹 力的作用下分别向相反方向偏转，两板间形成电势差，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力口2 U C 6 SUqvB = qS= - v = y = jSv = 相平衡时，两极的电势差保持稳

4、定，由d得 即，流量M（01全国）电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、Co流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。 已知流体的电阻率为 p,不计电流表的内阻， 则可求得流量为（）i aC-Q-S

5、v = ti T/D . 、 r - p-解析：由流量的公式比，电压U=(式+r),内阻 成，面积S二期，Q稣+.3联立求解得B a ,所以选择A。.磁流体发电机利用等离子气体在磁场中运动， 受洛伦兹力上下偏转聚集到两极板产生电势差，对外供电。设AB平行板的面积为 S板间距L,离子体的电阻率p ,喷气速度V,板间磁感应强度 B电动势二- _n,E BLv BLvS工 人R + pl期3SS(04天津)磁流体发电是一种新型发电方式，图 1和图2是其工作原理示意图。图 1 中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为1、Q、6 ,前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个

6、电极与负载电阻用相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B,方向如图所示。发电导管内有电阻率为户的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离 气体受到磁场作用， 产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为,。，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差3维持恒定，求：(1)不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大;(2)磁流体发电机的电动势 E的大小；(3)磁流体发电机发电导管的输入功率P。b_-i*1 ffll(1)不存在磁场时，由力的平衡得(2

7、)设磁场存在时的气体流速为 V, Bav1 7 十_体电捶|酚突住x短电薪k负金屯W砸埔球 图2尸二极。,则磁流体发电机的电动势 E = Bav回路中的电流.p . E - 江R +竺电流i受到的安培力 却Fr _v设广为存在磁场时的摩擦阻力，依题意F 币存在磁场时，由力的平衡得-1+8跖.根据上述各式解得AR(l +荷-)。(3)磁流体发电机发电导管的输入功率1 一 r?abv .Ap1+炉也由能量守恒定律得 匚丁故6.显像管利用带电粒子在电场中加速后进入磁场发生偏转，出磁场后做直线运动打到荧光屏上的原理。（02年全国）电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过 电压为U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0,半彳5为r。当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心 M点。为了让电子束射到屏幕边缘 巳需要加磁场，使电子束偏转一已知角度