高中物理 最基础考点 考点30 磁流体发电机 新人教版

磁流体发电机1．目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)沿如图所示方向射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷．在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是( )A．A板带正电B．有电流从b经用电器流向aC．金属板A、B间的电场方向向下D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受静电力2．磁流体发电是一项新兴技术．如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场．图中虚线框部分相当于发电机．把两个极板与用电器相连，则（）A．用电器中的电流方向从A到BB．用电器中的电流方向从B到AC．若只增强磁场，发电机的电动势增大D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增小3．磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图．平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为B，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）垂直于B的方向喷入磁场，每个离子的速度为v，电荷量大小为q，A、B两板间距为d，稳定时下列说法中正确的是（）A．图中A板是电源的正极B．图中B板是电源的正极C．电源的电动势为BvdD．电源的电动势为Bvq4．磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图．平行金属板A、B 之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为B ，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）垂直于B 的方向喷入磁场，每个离子的速度为v ，电荷量大小为q ，A 、B 两板间距为d ，稳定时下列说法中正确的是（ ）A ．图中A 板是电源的正极B ．图中B 板是电源的正极C ．电源的电动势为BvdD ．电源的电动势为Bvq5．如图，表示磁流体发电机的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性）沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A 、B ，这时金属板上就聚集了电荷，在磁极配置如图中所示的情况下，下述说法正确的是：（ ）A 、A 板带正电B 、有电流从b 经用电阻流向aC 、金属板A 、B 间的电场方向向下D 、等离子体发生偏转的原因是离子所受电场力大于所受洛伦兹力6．目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能．如图10所示为它的发电原理图．将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，从整体上来说呈电中性)喷射入磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场中有两块面积S ，相距为d 的平行金属板与外电阻R 相连构成一电路．设气流的速度为v ，气体的电导率(电阻率的倒数)为g ，则流过外电阻R 的电流强度I 及电流方向为()A ．IA→R→B B ．IC ．ID ．I7．磁流体发电是一项新兴技术。

高中物理质谱仪和磁流体发电机习题知识归纳总结附答案一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示，质量为m 、电荷量为+q 的粒子，从容器A 下方的小孔S 1不断飘入加速电场，其初速度几乎为零，粒子经过小孔S 2沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，做半径为R 的匀速圆周运动，随后离开磁场，不计粒子的重力及粒子间的相互作用．（1）求粒子在磁场中运动的速度大小v ； （2）求加速电场的电压U ；【答案】(1)BqR m （2）222B qR m【解析】 【分析】(1)根据牛顿第二定律，洛仑兹力提供向心力就能求出粒子进入磁场时的速度大小； (2)根据粒子在电场中运动的规律，由动能定理就能求出电压． 【详解】(1) 洛仑兹力提供向心力2v qvB m R=解得qBRv m=； (2) 根据动能定理212qU mv =解得：222B qR U m=． 【点睛】本题是动能定理和牛顿定律的综合题，解决本题的关键会灵活运用动能定理和牛顿运动定律，还要理解电流强度的定义．2．如图所示为质谱仪的示意图，在容器A 中存在若干种电荷量相同而质量不同的带电粒子，它们可从容器A 下方的小孔S 1飘入电势差为U 的加速电场，它们的初速度几乎为0，然后经过S 3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后打到照相底片D 上。

若这些粒子中有两种电荷量均为q 、质量分别为m 1和m 2的粒子（m 1＜m 2）。

（1）分别求出两种粒子进入磁场时的速度v 1、v 2的大小； （2）求这两种粒子在磁场中运动的轨道半径之比； （3）求两种粒子打到照相底片上的位置间的距离。

【答案】（112qU m 22qU m 212m m 3）2qB 22qm U 12qmU 【解析】 【分析】（1）带电粒子在电场中被加速，应用动能定理可以求出粒子的速度。

（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可以求出粒子的轨道半径，然后求出半径之比。

高考物理质谱仪和磁流体发电机习题知识点及练习题含答案一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．质谱仪是分析同位素的重要工具，其原理简图如图所示。

容器A 中有电荷量均为+q 、质量不同的两种粒子，它们从小孔S 1不断飘入电压为U 的加速电场（不计粒子的初速度），并沿直线从小孔S 2（S 1与S 2连线与磁场边界垂直）进入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向外的匀强磁场，最后打在照相底片D 上，形成a 、b 两条“质谱线”。

已知打在a 处粒子的质量为m 。

不计粒子重力及粒子间的相互作用。

（1）求打在a 处的粒子刚进入磁场时的速率v ； （2）求S 2距a 处的距离x a ；（3）若S 2距b 处的距离为x b ，且x b =2a x ，求打在b 处粒子的质量m b （用m 表示）。

【答案】(1)2qUv m= (2)22a mU x B q =m b =2m【解析】 【详解】（1）粒子经过电压为U 的电场，由动能定理有2102qU m =-v ①可得2qUv m=（2）粒子通过孔S 2进入匀强磁场B 做匀速圆周运动，有2av qvB m r = ②2a a x r = ③联立①②③式可得22a mUx B q=④（3）同（2）可得22b b m Ux B q=⑤联立④⑤式并代入已知条件可得m b =2m2．如图所示，相距为D 、板间电压为U 的平行金属板M 、N 间有垂直纸面向里、磁感应强度为B 0的匀强磁场；在pOy 区域内有垂直纸面向外、磁感应强度为B 的匀强磁场；pOx 区域为无场区．一正离子沿平行于金属板、垂直磁场射入两板间并做匀速直线运动，从H （0，A ）点垂直y 轴进入第Ⅰ象限，经Op 上某点离开磁场，最后垂直x 轴离开第Ⅰ象限．求：（1）离子在金属板M 、N 间的运动速度； （2）离子的比荷q m； （3）离子在第Ⅰ象限的磁场区域和无场区域内运动的时间之比． 【答案】（1）0U v B d =（2）02q Um B Bad =（3）122t t π= 【解析】 【分析】 【详解】（1）设带电粒子的质量为m 、电量为q ，在平行金属板间的运动速度为v ，平行金属板间的场强为E 0依题意，有qvB 0=qE 0① 又M ，N 间为匀强电场，有0UE d=② 联立①②解得0Uv B d=③ （2）带电粒子进入POy 区域，做匀速圆周运动，设轨道半径为r ，有2v qvB m r=④依题意带电粒子进入第I 象限转过1/4圈后从OP 上离开磁场，如图，由几何关系得A-r=rtAn45° ⑤联立③④⑤得：02q U m B Bad=⑥（3）匀速圆周运动的周期2rT v π=⑦ 带电粒子在磁场中的运动时间14T t =⑧ 离子从C 出来后做匀速直线运动，设经过x 轴上的D 点，如图，由几何关系有CD=A-r ⑨ 从C 到D 的时间为2CDt v =⑩ 联立③⑤⑦⑧⑨⑩得122t t π=3．一束硼离子以不同的初速度，沿水平方向经过速度选择器，从O 点进入方向垂直纸面向外的匀强偏转磁场区域，分两束垂直打在O 点正下方的离子探测板上P 1和P 2点，测得OP 1：OP 2=2：3，如图甲所示．速度选择器中匀强电场的电场强度为E ，匀强磁场的磁感应强度为B 1，偏转磁场的磁感应强度为B 2．若撤去探测板，在O 点右侧的磁场区域中放置云雾室，离子运动轨迹如图乙所示．设离子在云雾室中运动时受到的阻力F f =kq ，式中k 为常数，q 为离子的电荷量．不计离子重力．求（1）硼离子从O 点射出时的速度大小； （2）两束硼离子的电荷量之比；（3）两种硼离子在云雾室里运动的路程之比． 【答案】（1）1Ev B =；（2）3：2；（3）2：3． 【解析】 【分析】 【详解】只有竖直方向受力平衡的离子，才能沿水平方向运动离开速度选择器 由电场力公式F 电=qE洛伦兹力公式F 洛=qvB 1则有F 电=F 洛综合以上可得1E v B =(2)设到达P 1点离子的电荷量为q 1，到达P 2点离子的电荷量为q 2，进入磁场后，根据牛顿第二定律，则有22v qvB m r=解得2mvr qB =根据题意有1223r r = 考虑到进入偏转磁场的硼离子的质量相同、速度相同，得122132q r q r == (3)设电荷量为q 1离子运动路程为s 1，电荷量为q 2离子运动路程为s 2，在云雾室内受到的阻力始终与速度方向相反，做负功，洛伦兹力不做功，有W =﹣F f s =△E K且F f =kq得122123s q s q ==4．质谱仪原理如图所示，a 为粒子加速器，电压为U 1，b 为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B 1，板间距离为d ，c 为偏转分离器。

高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴题知识归纳总结及答案一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示为质谱仪的构造原理图，它是一种分离和检测不同同位素的重要工具。

质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。

现让待测的不同带电粒子经加速后进入速度选择器，速度选择器的平行金属板之间有相互正交的匀强磁场和匀强电场（图中未画出），磁感应强度为B，电场强度为E。

金属板靠近平板S，在平板S上有可让粒子通过的狭缝P，带电粒子经过速度选择器后，立即从P点沿垂直平板S且垂直于磁场方向的速度进入磁感应强度为B0、并以平板S为边界的有界匀强磁场中，在磁场中偏转后打在记录它的照相底片上，底片厚度可忽略不计，且与平板S重合。

根据粒子打在底片上的位置，便可以对它的比荷（电荷量与质量之比）情况进行分析。

在下面的讨论中，磁感应强度为B0的匀强磁场区域足够大，空气阻力、带电粒子所受的重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。

（1）若某带电粒子打在底片上的A点，测得P与A之间的距离为x，求该粒子的比荷qm；（2）若有两种质量不同的正一价离子，质量分别为m1和m2，它们经速度选择器和匀强磁场后，分别打在底片上的A1和A2两点，测得P到A2的距离与A1到A2的距离相等，求这两种离子的质量之比12mm；（3）若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位素离子（所带电荷量为e），它们分别打在照相底片上相距为d的两点；①为了便于观测，希望d的数值大一些为宜。

试分析说明为了便于观测，应如何改变匀强磁场磁感应强度B0的大小；②研究小组的同学对上述B0影响d的问题进行了深入的研究。

为了直观，他们以d为纵坐标、以1B为横坐标，画出了d随1B变化的关系图像，该图像为一条过原点的直线。

测得该直线的斜率为k，求这两种同位素离子的质量之差Δm。

【答案】（1）2q Em BB x=；（2）1221mm=；（3）①减小磁感应强度B0的大小；②2eBkE。

高中物理质谱仪和磁流体发电机知识点汇总word一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．带电粒子的电荷量与质量之比（qm）叫做比荷。

比荷的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义。

利用质谱仪可以测量带电粒子的比荷。

如图所示为一种质谱仪的原理示意图。

某带电粒子从容器A 下方的小孔飘入加速电场（其初速度可视为零），之后自O 点沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片上的P 点。

忽略重力的影响。

当加速电场的电势差为U ，匀强磁场的磁感应强度为B 时，O 点与P 点间的距离为L 。

（1）请你说该带电粒子带正电还是带负电。

（2）求该带电粒子的比荷。

【答案】(1)正电 (2) 228q U m B L= 【解析】 【详解】（1）根据粒子在磁场中的运动轨迹，结合左手定则可知粒子带正电。

（2）带电粒子在加速电场中加速，根据动能定理212qU mv =带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力2v qvB m R=由题知12R L =解得带电粒子的比荷228q U m B L=2．利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示的矩形区域ACDG （AC 边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，A 处有一狭缝．离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA 边且垂直于磁场的方向射入磁场，一段时间后运动到GA 边，被相应的收集器收集．整个装置内部为真空．已知被加速的两种正离子的质量分别是m 1和m 2（m 1＞m 2），电荷量均为q ．加速电场的电势差为U ，离子进入电场时的初速度可以忽略．不计重力，也不考虑离子间的相互作用．（1）若忽略狭缝的宽度，当磁感应强度的大小为 B 时，求两种离子在 GA 边落点的间距 x ；（2）若狭缝宽度不能忽略，狭缝过宽可能使两束离子在 GA 边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离．设磁感应强度大小可调，GA 边长为定值 L ，狭缝宽度为 d ，狭缝右边缘在 A 处．离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于 GA 边且垂直于磁场．为保证上述两种离子能落在 GA 边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度．【答案】（11228Um m qB （212122m m m m --【解析】 【分析】(1)离子在匀强磁场中将做匀速圆周运动，此时向心力提供洛伦兹力，由带电离子在磁场中运动的半径公式可分别求出质量为m 1、m 2的粒子的轨迹半径，两个轨迹的直径之差就是离子在GA 边落点的间距。

高考物理质谱仪和磁流体发电机易错题知识点及练习题含答案解析一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示，质量为m 、电荷量为+q 的粒子，从容器A 下方的小孔S 1不断飘入加速电场，其初速度几乎为零，粒子经过小孔S 2沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，做半径为R 的匀速圆周运动，随后离开磁场，不计粒子的重力及粒子间的相互作用．（1）求粒子在磁场中运动的速度大小v ； （2）求加速电场的电压U ；【答案】(1)BqR m （2）222B qR m【解析】 【分析】(1)根据牛顿第二定律，洛仑兹力提供向心力就能求出粒子进入磁场时的速度大小； (2)根据粒子在电场中运动的规律，由动能定理就能求出电压． 【详解】(1) 洛仑兹力提供向心力2v qvB m R=解得qBRv m=； (2) 根据动能定理212qU mv =解得：222B qR U m=． 【点睛】本题是动能定理和牛顿定律的综合题，解决本题的关键会灵活运用动能定理和牛顿运动定律，还要理解电流强度的定义．2．如图所示为质谱仪的示意图，在容器A 中存在若干种电荷量相同而质量不同的带电粒子，它们可从容器A 下方的小孔S 1飘入电势差为U 的加速电场，它们的初速度几乎为0，然后经过S 3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后打到照相底片D 上。

若这些粒子中有两种电荷量均为q 、质量分别为m 1和m 2的粒子（m 1＜m 2）。

（1）分别求出两种粒子进入磁场时的速度v 1、v 2的大小； （2）求这两种粒子在磁场中运动的轨道半径之比； （3）求两种粒子打到照相底片上的位置间的距离。

【答案】（112qU m 22qU m 212m m 3）2qB 22qm U 12qmU 【解析】 【分析】（1）带电粒子在电场中被加速，应用动能定理可以求出粒子的速度。

（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可以求出粒子的轨道半径，然后求出半径之比。

质谱仪和磁流体发电机压轴题知识点及练习题及答案解析一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S 产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P 上，设离子在P 上的位置到入口处1S 的距离为x ．（1）设离子质量为m 、电荷量为q 、加速电压为U 、磁感应强度大小为B ，求x 的大小．（2）氢的三种同位素11H 、21H 、31H 从离子源S 出发，到达照相底片的位置距入口处1S 的距离之比H D T ::x x x 为多少？ 【答案】（122mUB q2）23【解析】 【详解】（1）离子在电场中被加速时，由动能定理212qU mv =进入磁场时洛伦兹力提供向心力，2mv qvB r=，又2x r =，由以上三式得22mUx B q=（2）氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由（1）结果知，::23H D T H D T x x x m m m ==2．如图所示为质谱仪的示意图，在容器A 中存在若干种电荷量相同而质量不同的带电粒子，它们可从容器A 下方的小孔S 1飘入电势差为U 的加速电场，它们的初速度几乎为0，然后经过S 3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后打到照相底片D 上。

若这些粒子中有两种电荷量均为q 、质量分别为m 1和m 2的粒子（m 1＜m 2）。

（1）分别求出两种粒子进入磁场时的速度v 1、v 2的大小； （2）求这两种粒子在磁场中运动的轨道半径之比； （3）求两种粒子打到照相底片上的位置间的距离。

【答案】（112qU m 22qU m 212m m 3）2qB 22qm U 12qmU 【解析】 【分析】（1）带电粒子在电场中被加速，应用动能定理可以求出粒子的速度。

（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可以求出粒子的轨道半径，然后求出半径之比。

高中物理质谱仪和磁流体发电机易错题知识归纳总结附答案解析一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示为质谱仪的构造原理图，它是一种分离和检测不同同位素的重要工具。

质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。

现让待测的不同带电粒子经加速电场后进入速度选择器，速度选择器的平行金属板之间有相互正交的匀强磁场和匀强电场（图中未画出），磁感应强度为B ，电场强度为E 。

金属板靠近平板S ，在平板S 上有可让粒子通过的狭缝P ，带电粒子经过速度选择器后，立即从P 点沿垂直平板S 且垂直于磁场方向的速度进入磁感应强度为B 0、并以平板S 为边界的有界匀强磁场中，在磁场中偏转后打在记录它的照相底片上，底片厚度可忽略不计，且与平板S 重合。

根据粒子打在底片上的位置，便可以对它的比荷（电荷量与质量之比）情况进行分析。

在下面的讨论中，磁感应强度为B 0的匀强磁场区域足够大，空气阻力、带电粒子所受的重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。

（1）带电粒子通过狭缝P 时的速度大小v ；（2）不同的带电粒子经加速电场加速后可获得不同的速率，这些粒子进入速度选择器后，要想使通过狭缝P 的带电粒子速度大一些，应怎样调整速度选择器的电场强度E 和磁感应强度B 的大小；（3）若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位素离子（1H 和2H ），它们分别打在照相底片上相距为d 1的两点；若用这个质谱仪相同条件下再分别观测碳的两种同位素离子（12C 和14C ），它们分别打在照相底片上相距为d 2的两点。

请通过计算说明，d 1与d 2的大小关系；（4）若氢的两种同位素离子（所带电荷量为e ）的质量分别为m 1和m 2，且已知m 1>m 2，它们同时从加速电场射出。

试分析说明这两种粒子哪一种先到达照相底片，并求出它们到达照相底片上的时间差Δt 。

【答案】（1）v=E/B （2）减小B 或增大E （3）d 1大于d 2（4）m 2先到达，Δt =120π()m m eB -【解析】 【详解】（1）粒子通过狭缝时满足：evB =Ee即E v B=（2）根据Ev B=可知，要想提高通过狭缝P 的粒子的速度，可增大E 或者减小B ； （3）设1H 和2H 的质量分别为m 和2m ，带电量均为q ；12C 和14C 的质量分别为12m 和14m ，带电量均为12q ；粒子进入磁场时的速度是相同的，根据mvr qB=，则 21100022()H H m v m v mvd qB qB qB =-= 141220002()12123C C m v m v mvd qB qB qB =-=即d 1大于d 2（4）两种粒子在射出速度选择器时的速度是相同的，则在速度选择器中的时间相同，根据2mT qBπ=可得两种粒子在磁场中的周期分别为 1102m T eB π=2202m T eB π=两种离子在磁场中均运动半个周期，因m 1>m 2，可知T 1>T 2，则11221122t T t T =>= ，则m 2先到达；时间差为：1212120π()1()2m m t t t T T eB -∆=-=-=2．带电粒子的电荷量与质量之比（qm）叫做比荷。

考点30 磁流体发电机磁流体发电机(选修3-1第三章：磁场的第五节运动电荷在磁场中受到的力)★★★○○○1、磁流体发电机：能够把高温气体中大量的正、负带电粒子通过磁场后分开，从而形成一个直流电源的装置。

2、构造：如图所示，左右是磁极，上下是两个电极板，形成的直流电对外输出。

3、原理：当高温等离子体进入磁场，由于等离子体是由大量的正、负带电粒子组成的，所以这些粒子会在磁场中会受到洛伦兹力，由左手定则可以判断出，带正电的粒子受到的洛伦兹力向下，带负电的粒子受到的洛伦兹力向上，故B极板就是电源的正极，A极板就是电源的负极，从而可以对外供电。

当电源BA两极板对外供电稳定后，设两极板间的电压为U，极板间距为d，磁场的磁感应强度为B，则带电粒子再进入磁场后就不再发生偏转，而直接匀速直线运动射出，此进离子受平衡力的作用，即粒子受到电场力等于洛伦兹力；故E q=Bqv，也就是Udq=Bqv，则磁流体发电机的电动势为U=Bvd。

1、电磁流量计：测量管道中液体流量的装置。

（1）结构：如图所示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域时，测出管壁上的ab两点间的电动势 ，就可以知道管中液体的流量Q ——单位时间内流过液体的体积（sm/3）。

已知管的直径为D，磁感应强度为B。

（2）原理：a ，b 两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。

到一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，a ，b 两点的电势差达到稳定值ε，此时，洛伦兹力和电场力平衡：qE qvB =，D E ε=，DB v ε=，圆管的横截面积241D S π=故流量BD Sv Q 4πε==。

（3）注意的问题：①流量计是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是自行形成的，在分析其他问题时，要注意这类情况的出现。

②联系宏观量I 和微观量的电流表达式nevS I =是一个很有用的公式。