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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。
磁流体发电机高中物理磁流体发电机（Magnetohydrodynamic generator，MHD），又称磁流体转换器，是一种以磁力光学和流体动力学原理为基础的发电机。
它利用热能或外部热能改变流体的性质，以利用磁力将流体的动能转换为电能的一种装置。
一、磁流体发电机的原理1、热能被用来加热流体：将热能转换为流体的动能，大大提高了流体的热导率，能够形成流体的流动态。
2、磁场的作用：当磁流体流动时，伴随着磁场的存在，从而形成一个回路，并能够产生涡流。
3、涡流的发电：运动在磁场内，流体会产生涡流及磁感应，再通过涡流发电机产生电能。
二、磁流体发电机的优点1、具有高效率：涡流发电机的转矩效率和功率效率均高，可以达到85％左右。
2、可靠性高：磁流体转换器仅需一些调节器就可完成，可提高可靠性和稳定性。
3、节省成本：利用热能或外部热能改变流体的状态，无需增加费用，可以节约开支。
三、磁流体发电机的缺点1、相对质量较大：由于设备中使用了磁铁、管道和高温工艺等 B型附件，所以设备的质量比较大。
2、管道运行积灰：大部分操作都需要在较高的温度环境中工作，很容易积聚灰尘，影响运行效率。
3、外界环境变化大：磁流体发电机受外部热能的影响较大，如果室温突然升高，可能会造成抗性的变化，影响其性能。
四、磁流体发电机的应用1、航空航天：磁流体发电机能够发挥航天器登月航行，太阳能电池发电、推进等作用，广泛应用于航天工程。
2、化工行业：磁流体发电机可以发挥流体的作用，在化工行业用来控制温度和添加催化剂，促进化学反应。
3、动力发电：磁流体发电机可用来作为发电机组的主要部件，发电效率高，能够做到对环境无害，因此在发电领域有着广泛的应用。
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。
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Eq=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（s m /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。
高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴难题知识点及练习题附答案一、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．质谱仪在同位素分析、化学分析、生命科学分析中有广泛的应用。
如图为一种单聚焦磁偏转质谱仪工作原理示意图，在以O 为圆心，OH 为对称轴，夹角为2α的扇形区域内分布着方向垂直纸面的匀强磁场。
离子源S 产生的各种不同正离子束（速度可看成零），经加速电压U 0加速后，从A 点进入偏转电场，如果不加偏转电压，比荷为qm的离子将沿AB 垂直磁场左边界进入扇形磁场，经过扇形区域，最后从磁场右边界穿出到达收集点D ，其中1OM r =，2ON r =，B 点是MN 的中点，收集点D 和AB 段中点对称于OH 轴；如果加上一个如图所示的极小的偏转电压，该离子束中比荷为qm的离子都能汇聚到D 点。
试求： (1)离子到达A 点时的速度大小； (2)磁感应强度的大小和方向；(3)如果离子经过偏转电场后偏转角为θ，其磁场中的轨道半径和在磁场中运动的时间。
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。
2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-1）第三部分磁场专题3.33 磁流体发电和电磁流量计一．选择题1.(2018·山东省淄博一中三模)为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图12所示的长方体流量计．该装置由绝缘材料制成，其长、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一匀强磁场，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，接在M、N两端间的电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()A．M端的电势比N端的高B．电压表的示数U与a和b均成正比，与c无关C．电压表的示数U与污水的流量Q成正比D．若污水中正、负离子数相同，则电压表的示数为0 【参考答案】 C【名师解析】根据左手定则知，正离子所受的洛伦兹力方向向里，则向里偏转，N端带正电，M端带负电，则M端的电势比N端电势低，故A错误；最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有：qvB＝q U b ，解得U＝vBb，电压表的示数U与b成正比，与污水中正、负离子数无关，故B、D错误；因v＝UBb，则流量Q＝vbc＝UcB，因此U＝BQc，所以电压表的示数U与污水流量Q成正比，故C正确．2.如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足v0＝EB时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度v射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是()A．粒子射入的速度一定是v>EBB．粒子射入的速度可能是v<EBC．粒子射出时的速度一定大于射入速度D．粒子射出时的速度一定小于射入速度【参考答案】 B【名师解析】由于题述没有给出带电粒子的电荷属性，所有一定的选项均错误，所以粒子射入的速度可能是v<EB，选项B正确。
3.(多选)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场．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)沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P、Q与电阻R相连接．下列说法正确的是()A．Q板的电势高于P板的电势B．R中有由a向b方向的电流C ．若只改变磁场强弱，R 中电流保持不变D ．若只增大粒子入射速度，R 中电流增大【参考答案】BD【名师解析】等离子体进入磁场，根据左手定则，正离子向上偏，打在上极板上，负离子向下偏，打在下极板上，所以上极板带正电，下极板带负电，则P 板的电势高于Q 板的电势，流过电阻R 的电流方向由a 到b ，故A 错误，B 正确；依据电场力等于洛伦兹力，即为q Ud＝qvB ，则有U ＝Bdv ，再由闭合电路欧姆定律I ＝U R ＋r ＝BdvR ＋r ，电流与磁感应强度成正比，故C 错误；由上分析可知，若只增大粒子的入射速度，R中电流会增大，故D 正确．4. 1957年，科学家首先提出了两类超导体的概念，一类称为Ⅰ型超导体，主要是金属超导体，另一类称为Ⅱ型超导体(载流子为电子)，主要是合金和陶瓷超导体.Ⅰ型超导体对磁场有屏蔽作用，即磁场无法进入超导体内部，而Ⅱ型超导体则不同，它允许磁场通过.现将一块长方体Ⅱ型超导体通入稳恒电流I 后放入匀强磁场中，如图4所示.下列说法正确的是()A.超导体的内部产生了热能B.超导体所受安培力等于其内部所有电荷定向移动所受洛伦兹力的合力C.超导体表面上a 、b 两点的电势关系为φa <φb D.超导体中电流I 越大，a 、b 两点间的电势差越小【参考答案】BC【名师解析】超导体电阻为零，超导体不会在内部产生热能，故A 错误；超导体所受安培力是洛伦兹力的宏观表现，安培力等于其内部所有电荷定向移动所受洛伦兹力的合力，故B 正确；载流子为电子，超导体表面上a 带负电，所以φa ＜φb ，故C 正确；根据电流的微观表达式I ＝neSv ，当超导体稳定时，洛伦兹力和电场力平衡，即evB ＝e U d ，解得：U ＝BIdneS，所以电流越大，a 、b 两点间的电势差越大，故D 错误.5.(2018·南通模拟)如图7所示为利用海流发电的磁流体发电机原理示意图，矩形发电管道水平东西放置，整个管道置于方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，其上、下两面是绝缘板，南、北两侧面M 、N 是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S 和定值电阻R 相连，已知发电管道长为L 、宽为d 、高为h ，海水在发电管道内以恒定速率v 朝正东方向流动。
高三专题复习：磁流体发电机的原理及应用一、考点精讲磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据电磁感应原理，用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备。
磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。
下面简单介绍一下磁流体发电机的原理和理想模型电动势、电功率推导。
如图所示，在外磁场中的载流导体除受安培力之外，还会在与电流、外磁场垂直的方向上出现电荷分离，而产生电势差或电场，称其为霍尔效应。
若载流导体为导电的流体粒子，以很高的速度射入磁场，就可在两极板间产生电动势。
从微观角度来说，当一束速度是v 的粒子进入磁场强度为B 的磁场一段时间后，粒子所受的电场力和洛伦兹力相等BvE Bvq Eq == 这时，粒子进入磁场后不再发生偏转，它所产生的电动势Bvd Ed ==ε这样就形成了磁流体发电机的原型。
利用下图进行理想模型电动势、电功率的推导。
我们可以将运动的粒子可看成一根根切割磁力线的导电棒，根据法拉第电磁感应定律，会在棒两端产生动生电动势，如下图所示：+ BE磁流体发电机示意图v——为了方便求解，假设0v 在运动过程中不变，其中p F 是外界的推力，A F 是安培力。
()22202020200max 0r R R d v B r R R v F p rR d v B F F I rR d Bv r R I R dKqBv I p KqI dBv BIdF F L L L L p L A p L L L A p +=+=+==<+=+=======饱和饱和饱和时，当外接电阻是εεε所以利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。
二、例题精讲例1：25、（20分）由于受地球信风带和盛西风带的影响，在海洋中形成一种河流称为海流。
海流中蕴藏着巨大的动力资源。
据统计，世界大洋中所有海洋的发电能力达109 kW 。
高考物理质谱仪和磁流体发电机知识点汇总一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示为一种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。
让离子源发出的不同带电粒子，经一对相距为d 、两极板间电压为U 的平行正对金属板所形成的加速电场加速后，从紧靠金属板的平板S 上的狭缝P 沿垂直平板S 射入以平板S 为边界的有界匀强磁场中，并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。
磁场的磁感应强度为B 、方向与速度方向垂直。
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）的情况进行分析。
在下面的讨论中，带电粒子进入加速电场的初速度、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）若某带电粒子打在照片底片上的A 点，测得A 与P 之间的距离为x ，求该粒子的比荷q/m ；（2）若有两种质量不同的正一价离子，它们的质量分别为m 1和m 2，它们经加速电场和匀强磁场后，分别打在照相底片上的A 1和A 2两点。
已知电子的电荷量为e ，求A 1、A 2间的距离△x 。
（3）若有两种质量不同的正一价离子，质量分别为m 1和m 2，它们经加速电场和匀强磁场后，分别打在照相底片上的A 1和A 2两点，测得P 到A 2的距离与A 1到A 2的距离相等，求这两种离子的质量之比m 1/m 2；（4）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；（5）若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位素离子，它们分别打在照相底片上相距为d 的两点。
为了便于观测，希望d 的数值大一些为宜，试分析说明为使d 增大一些可采取哪些措施；（6）若氢的两种同位素离子的电荷量均为e ，质量分别为m 1和m 2，且已知m 1>m 2，它们同时进入加速电场。
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Eq=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（s m /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。
2、霍尔效应：置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场方向会产生一个附加的横向电场，如下左图所示，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应.（1）原理：由于导体板有电流，即有电荷的定向移动，故外部磁场的洛伦兹力会使运动的电荷聚焦在电体板的一侧，而另一侧会出现多余的异种电荷，所以与磁场垂直的两板上形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力；当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
①如果导体板的自由电荷是带负电的电子，则由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力是向上的，故A 板带负电，A′板带正电。
②如果导体板的自由电荷是带正电的粒子，则由左手定则可知，带正电的粒子受到的洛伦兹力是向上的，故A 板带正电，A′板带负电。
（2）公式推导：如右图所示，厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，设电势差的大小为U，则稳定时：F洛=F电，故Bqv=Uhq，再根据I=nesv可知，U=Bhv=Bh×Ineh d=1ne×IBd= kdIB；式中的比例系数k称为霍尔系数，k=1 ne。
例：（2015-2016学年湖北省天门等市高二下期末）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．用电器中的负电荷运动方向从A到BB．用电器中的电流方向从B到AC．若只减小喷入粒子的速度，发电机的电动势增大D．若只增大磁场，发电机的电动势增大【答案】D【精细解读】首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上（负1、（多选）（2016届江西上高第二中学高三考前热身）如图是磁流体发电机的装置，a、b组成一对平行电极，两板间距为d，板平面的面积为S，内有磁感应强度为B的匀强磁场。
现持续将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，而整体呈中性），垂直喷入磁场，每个离子的速度为v，负载电阻阻值为R，当发电机稳定发电时，负载中电流为I，则（）A．a板电势比b板电势低B．磁流体发电机的电动势E= BdvC．负载电阻两端的电压大小为BdvD．两板间等离子体的电阻率Id SIRBdv）（-=ρ【答案】BD【精细解读】根据左手定则，正电荷向上偏转，所以a板带正电，电势高；故A错误；最终电荷在电【点拨】解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向，以及会根据电荷的平衡求出电动势的大小，根据闭合电路欧姆定律求解极板间的电势差。
2、（2013届上海市上海理工大学附属中学高三12月月考）为了测量某化工厂的污水排放量，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，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管口地从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。
若用Q表示污水流量（单位时间内流出的污水体积），下列说法中正确的是（）。
A.若污水中负离子较多，则N 板比M 板电势高B.M 板电势一定高于N 板的电势C.污水中离子浓度越高，电压表的示数越大D.电压表的示数U 与污水流量Q 成反比【答案】B【点评】本题难度较大，注意电势的高低与离子浓度无关，电压稳定后离子匀速运动，电场力与洛伦兹力相等。
3、（多选）（2011-2012学年重庆市西南大学附属中学高二下学期期中）如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d 表示薄片的厚度， B 为磁场的磁感应强度、I 为通过霍尔元件的电流，以下说法中正确的是（ ）A ．只增加磁感应强度B 的大小，U H 将变大B ．只增加电流I 的大小，U H 将变大C ．U H 与电流I 的大小无关D ．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H 将发生变化【答案】ABD 【解析】根据霍尔元件原理有Bdv U H ，A 对；增加I 的大小，电荷定向移动的速度v 增大，B 对C 错；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，垂直电流的磁感强度的分量减小，UH 将减小，D 对。
Q B a b McN每道试题20分，总计100分1、（多选）（河北省衡水市冀州中学2017届高三（高复班）上学期12月月考）磁流体发电机，又叫等离子体发电机，下图中的燃烧室在3 000 K的高温下将气体全部电离为电子与正离子，即高温等离子体．高温等离子体经喷管提速后以1 000 m/s进入矩形发电通道，发电通道有垂直于喷射速度方向的匀强磁场，磁感应强度为6 T．等离子体发生偏转，在两极间形成电势差．已知发电通道长a＝50 cm，宽b ＝20 cm，高d＝20 cm.等离子体的电阻率ρ＝2 Ω·m.判断中正确的是( )A. 因不知道高速等离子体为几价离子，故发电机的电动势不能确定B. 发电机的电动势为1 200 VC. 当外接电阻为8 Ω时，发电机效率最高D. 当外接电阻为4 Ω时，发电机输出功率最大【答案】BD【点拨】本题是磁流体发电机问题，要理解并掌握其工作原理，知道最终等离子体所受的电场力和洛伦兹力平衡，由此求电动势．要注意的是在求内阻时，不能这样列式：brad .2、（2016-2017学年湖北省武汉二中高二上期中）如图所示，宽度为h、厚度为d的霍尔元件放在与它垂直的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，当恒定电流I通过霍尔元件时，在它的前后两个侧面之间会产生电压，这样就实现了将电流输入转化为电压输出。
为提高输出的电压，可采取的措施是（）A．增大d B．减小d C．增大h D．减小h【答案】B【点拨】解决本题的关键掌握左手定则判定洛伦兹力的方向，以及知道最终电子受电场力和洛伦兹力处于平衡．3、（多选）（2017届湖北省华中师范大学第一附属中学高三上学期训练）将一块长方体形状的半导体材料样品的表面垂直磁场方向置于磁场中，当此半导体材料中通有与磁场方向垂直的电流时，在半导体材料与电流和磁场方向垂直的两个侧面会出现一定的电压，这种现象称为霍尔效应，产生的电压称为霍尔电压，相应的将具有这样性质的半导体材料样品就称为霍尔元件。
如图所示，利用电磁铁产生磁场，毫安表检测输入霍尔元件的电流，毫伏表检测霍尔元件输出的霍尔电压。
已知图中的霍尔元件是P型半导体，与金属导体不同，它内部形成电流的“载流子”是空穴（空穴可视为能自由移动带正电的粒子）。
图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。
当开关S1、S2闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是：A. 电表B为毫伏表，电表C为毫安表B. 接线端2的电势高于接线端4的电势C. 若调整电路，使通过电磁铁和霍尔元件的电流与原电流方向相反，但大小不变，则毫伏表的示数将保持不变D. 若适当减小R1、增大R2，则毫伏表示数一定增大【答案】BC【解析】由图可知，电表B串联在电源E2的电路中，故它是电流表，即毫安表，而电表C是并联在2、【点拨】该题是纸老虎，通过文字多、图复杂来吓唬人，其实他细分析，它就是一个霍尔元件的电路问题，带正电的粒子充当自由移动的粒子也与以前的题不同，故该题有一定的新意。
4、如图为电磁流量计的示意图，非磁性管直径为d，内有导电液体流动，在垂直液体流方向加一指向纸里的匀强磁场，测得液体a、b两点间的电势差为U，则管内导电液体的流量Q为多少／s？【答案】dU Q4Bπ=【解析】当液体达到稳定流动时，Bqv=q Ud，v=UBd；故流量Q=sv=π24d×UBd=4dUBπ.5、如图是磁流体发电机原理示意图．设平行金属板间距为d，发电通道长为a、宽为b，其间有匀强磁场，磁感应强度为B，导电流体的流速为v，电阻率为ρ，负载电阻为R，导电流体从一侧沿垂直磁场且与极板平行方向射入极板间，求：（1）该发电机产生的电动势；（2）负载R 上的电流I ；（3）求磁流体发电机总功率p ；（4）为了使导电流体以恒定的速度v 通过磁场，发电通道两端需保持一定的压强差△p 。
试计算△p 。
【答案】（1）E=Bdv ；（2）d Rab Bdvab r R E I ρ+=+=；（3）abd B dRab d v d Rab Bdvab Bdv 22ρρ+=+； （4）d Rab dva B S F p ρ+==∆2/dRab dva B S F p ρ+==∆2/。
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