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高中物理 磁流体发电机,速度选择器,霍尔效应知识精讲 新人教版

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电场与磁场在实际中的应用 知识体系： 一 速度选择器 1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和 匀强电场正交的区域里,结果发现有些离子保持原来的运动方向,有些未发生任何偏转.如果让这些不偏转的离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束,对这些进入另一磁场的离子,可得出结论 （ ） A.它们的动能一定各不相同 B.它们的电荷量一定各不相同 C.它们的质量一定各不相同 D.它们的电荷量与质量之比一定各不相同 答案 D 二 质谱仪 2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器,它的构造如图所示.设从离子源S产生出来的正离子初速度为零,经过加速电场加速后,进入一平行板电容器C中,电场强度为E的电场和磁感应强度为B1的磁场相互垂直,具有某一速度的离子将沿图中所示的直线穿过两板间的空间而不发生偏转,再进入磁感应强度为B2的匀强磁场,最后打在记录它的照相底片上的P点.若测得P点到入口处S1的距离为s,证明离子的质量为m=EsBqB221. 答案 离子被加速后进入平行板电容器,受到的水平的电场力和洛伦兹力平衡才能够竖直向上进入上面的匀强磁 场,由qvB1=qE得v=E/B1,在匀强磁场中22qBmsv,将v代入,可得m=EsBqB221

.

三 回旋加速器 3.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,离子源置于盒的圆心附近.若离子源射出的离子电荷量为q,质量为m,粒子最大回转半径Rm,其运动轨迹如图所示. 求:（1）两个D形盒内有无电场? （2）离子在D形盒内做何种运动? （3）所加交流电频率是多大? （4）离子离开加速器的速度为多大?最大动能为多少? 答案 （1）无电场 （2）做匀速圆周运动,每次加速之后半径变大 （3）mqBπ2 （4）mqBRm mRBq2m222 四 霍尔效应 4.如图所示,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,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=kdIB.式中的比例系数k称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动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.设电流I是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e,回答下列问题: （1）达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势 下侧面A′的电势（填“高于”“低于”或“等于”）; （2）电子所受的洛伦兹力的大小为 ; （3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为 ; （4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为k=ne1,其中n代表导体板单位体积中电子的个数. 答案 （1）低于 （2）evB （3）ehU （4）由F=F电得evB=ehU U=hvB 导体中通过的电流I=nev·d·h 由U=kdIB得hvB=kdIB=kdvdhBne 得k=ne1 五：磁流体发电机 5.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,磁场中有两块面积为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.I=RBdv,A→R→B B.I=gdSRSBdv,B→R→A

C.I=RBdv,B→R→A D.I=dgSRSgBdv,A→R→B 答案 D 六：电磁流量计

6.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、c.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应强度为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表示测得电流值.已知流体的电阻率为ρ,不计电流表的内阻,则可求得流量为 （ ） A.)(acbRBI B. )(cbaRBI C. )(bacRBI D.)(acRBI 答案 A

练习： 电磁场在科学技术中的应用 1．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7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、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接（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应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液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ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为

A．)(acbRBI B．)(cbaRBI C．)(bacRBI D．)(abcRBI

2．图8是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U ，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在的电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的（ ）

A．距离变化 B．正对面积变化 C．介质变化 D．电压变化 3．如图9所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。则

A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 C．如果断开B线圈的电键S2，无延时作用 D．如果断开B线圈的电键S2，延时将变长

4．电视机显象管的偏转线圈示意图如图10所示，它由绕在磁环上的两个相同的线圈串联而成，线圈中通有方向如图所示的电流。则由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？

A．向上偏转 B．向下偏转 C．向左偏转 D．向右偏转 5．如图11所示为静电除尘器的原理示意图，它是由金属管A和悬在管中的金属丝B组成，A接高压电源的正极，B接负极，A、B间有很强的非匀强电场，距B越近处场强越大。燃烧不充分带有很多煤粉的烟气从下面入口C进入。经过静电除尘后从上面的出口D排除，下面关于静电除尘器工作原理的说法中正确的是

A．烟气上升时，煤粉接触负极B而带负电，带负电的煤粉吸附到正极A上，在重力作用下，最后从下边漏斗落下。

B．负极B附近空气分子被电离，电子向正极运动过程中，遇到煤粉使其带负电，带负电的煤粉吸附到正极A上，在重力作用下，最后从下边漏斗落下。

C．烟气上升时，煤粉在负极B附近被静电感应，使靠近正极的一端带负电，它受电场引力较大，被吸附到正极A上，在重力作用下，最后从下边漏斗落下。

D．以上三种说法都不正确。

图8 6．如图12所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连一小金属块，与该金属片隔有一定空气隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器。该电容器的电容C可用公式dSC计算，

式中常量12109F/m，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测到是哪个键被按下了，从而给出相应的信号。设每个金属片的正对面积为50mm2 ，键未按下时两金属片的距离为0.6mm。如果电容变化了0.25pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下 mm。

7．（2002年全国理综卷）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域，如图14所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为O，半径为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P点，需要加一匀强磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度B应为多少？

8．如图16所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为m，电量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两极间电场中加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而绕行半径不变。

⑴设t=0时，粒子静止在A板小孔处，在电场作用下加速，并绕行第一圈。求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能En。

⑵为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增。求粒子绕行第n圈时的磁感应强度B。

⑶求粒子绕行n圈所需的总时间tn（设极板间距远小于R）。 ⑷在粒子绕行的整个过程中，A板电势是否可始终保持为+U？为什么？

图 16

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高中物理质谱仪和磁流体发电机知识点汇总

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高中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．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。

(完整版)【高中物理辅导】高考题当中的霍尔效应

(完整版)【高中物理辅导】高考题当中的霍尔效应

高考题中的霍尔效应什么是霍尔效应：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,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。

霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的偏转，所以可以用高中物理中的电磁学、力学、运动学等有关知识来进行解释。

霍尔效应原理的应用常见的有：霍尔元件、磁流体发电机、电磁流量计、磁强计等。

考题一(全国高考题）：如图-1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 的均匀磁场中，当电流通过导体板时,在导体的上侧面A 和下侧面A ′之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应，实验表明：当磁场不太强时，电势差U ，电流I 和B 的关系为：dIBK U =,式中的比例系数K 称为霍尔系数。

霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动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.设电流I 是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v ，电荷量为e ,回答下列问题：（1)达到稳定状态时，导体板上的侧面A 的电势 下侧面A ′的电势（填高于、低于或等于）。

（2)电子所受洛伦兹力的大小为 。

（3）当导体板上、下两侧面之间的地势差为U 时,电子所受的静电力的大小为 。

(4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为neK 1=（其中n 代表导体板单位体积中电子的个数).答案（1）低于（2）电子所受洛伦兹力的大小f =evB (3) 电子所受静电力的大小F =hUe（4)略 这是一道信息迁移题，此题出于命题者别具匠心的取材，全题所提供的材料可以说是完全参考于大学物理内容,对中学生来说，霍尔效应是一个陌生的规律，要求考生必须通过仔细读题，对霍尔效应的原理深入分析，透彻理解，熟练结合高中物理所学的知识才能正确求解.这充分体现了高考“依据中学教学大纲，但又不拘泥于大纲”的命题原则，不是中学教材上叙述什么,高考试题才考什么，特别是命题者在超出中学教材内容部分，均作了较为详细的阐述，因此学生绝不会因为没有自学过大学物理教材，因不懂得超出中学物理内容的知识而失分，所以对每位考生来说是公平的.考题二（北京东城区试题）：一种半导体材料称为“霍尔材料”,用它制成的元件称为“霍尔元件".这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电量大小为1元电荷，即q =1.6×10—19C 。

高考物理一轮复习(新教材新高考)第52讲《洛伦兹力与现代科技》

高考物理一轮复习(新教材新高考)第52讲《洛伦兹力与现代科技》

A．保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子 B．只增大加速电压U， H粒子获得的最大动能增大 C．只增大加速电压U， H粒子在回旋加速器中运动的时间变短 D．回旋加速器只能加速带正电的粒子，不能加速带负电的粒子
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02 电磁叠加场中的各类仪器
夯基·必备基础知识 知识点 电磁叠加场中的各类仪器、规律和共性
知识点1 质谱仪
夯基·必备基础知识 知识点1 质谱仪
（1）作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。（2） 原理(如图所示)
夯基·必备基础知识
知识点2 回旋加速器
（1）构造如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处 接交流电源。
夯基·必备基础知识
知识点2 回旋加速器
夯基·必备基础知识 知识点 电磁叠加场中的各类仪器、规律和共性
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考向1 速度选择器
D
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考向2 磁流体发电机
B
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考向3 电磁流量计
CD
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考向4 霍尔元件
D
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夯基·必备基础知识
知识点2 回旋加速器
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考向1 质谱仪
AD
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提升·必备题型归纳
考向2 回旋加速器
2．如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对H粒子进行加速，此时D形盒中 的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。忽略
相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法正确的是（ C ）
高中物理人教版第十章-磁场 第七课时 带电粒子(质点)在复合场中的运动

高中物理人教版第十章-磁场 第七课时 带电粒子(质点)在复合场中的运动


a F合 qvB 2g
mm
y 1 at2，x vt，tan y
2
x
解得：t 3v，x 3v2
g
g
x
B o A θ F电
mg
B z
y
则A、B之间的距离为：L x 2 3v2 cos 60 g
电场力做功：W＝EqL＝6mv2
例4：如图所示，虚线上方有场强为E1＝6×104 N/C的匀强 电场，方向竖直向上，虚线下方有场强为E2的匀强电场 （电场线用实线表示），另外在虚线上、下方均有匀强磁 场，磁感应强度相等，方向垂直纸面向里．ab是一根长为 L＝0.3 m的绝缘细杆，沿E1电场线方向放置在虚线上方的 电磁场中，b端在虚线上．现将套在ab杆上的电荷量为q＝ －5×10−8 C的带电小环从a端由静止开始释放后，小环先 做加速运动后做匀速运动到达b端，小环与杆间的动摩擦 因数为μ＝0.25，不计小环的重力，小环脱离ab杆后在虚线 下方仍沿原方向做匀速直线运动．
（1）求虚线下方的电场强度E2方向以及a 大E小1 ；
Bb
（2）若小环到达b点时立即撤去虚线下方的磁场，其他
条件不变，测得小环进入虚线下方区域后运动轨迹上一点
P到b点的水平距离为 L ，竖直距离为 L ，则小环从a
2
3
到b的运动过程中克服摩擦力做的功为多少？
解析：（1）小环脱离ab杆后
a E1
向下方向做匀速直线运动，受力
U qvB E电q d q
U
F电
F洛
v
v
即：E U Bvd
F洛
F电
3.电磁流量计
如图所示为原理图。一圆形导管直径为d，用非
磁性材料制成，其中有可以导电的液体向右流动。导

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