复合场中的特殊物理模型.doc

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1、第五课复合场中的特殊物理模型知识概要电磁场在科学技术中的应用，主要有两类，一类是利用电磁场的变化将其他信号转化为电信号，进而达到转化信息或自动控制的目的；另一类是利用电磁场对电荷或电流的作用，来控制其运动，使其平衡、加速、偏转或转动，已达到预定的目的。例如：密立根实验—电场力与重力实验速度选择器—电场力与洛伦兹力的平衡直线加速器—电场的加速质谱仪—磁场偏转示波管—电场的加速和偏转回旋加速器—电场加速、磁场偏转电流表—安培力矩电视机显像管—电场加速、磁场偏转电动机—安培力矩磁流体发电—电场力与洛伦兹

2、力的平衡霍尔效应—电场力与洛伦兹力作用下的偏转与平衡磁流体发电机—电场力与洛伦兹力作用下的偏转与平衡1．速度选择器2.磁流体发电机【例题2】（2000年高考理综卷）如图2所示，厚度为h、宽为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=k 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

3、另一侧出现多余的正电荷，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是由电子定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为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k=，其中n代表导体板单位体积中

4、电子的个数。3.电磁流量计．【例题3】．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

5、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，则可求得流量为图8A．B．C．D．4.质谱仪原理：作用：【例题4】（2001年高考理综卷）图1是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压为U的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s2、s3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸

6、面而且平行于狭缝s3的细线。若测得细线到狭缝s3的距离为d（1）导出分子离子的质量m的表达式。（2）根据分子离子的质量数M可用推测有机化合物的结构简式。若某种含C、H和卤素的化合物的M为48，写出其结构简式。（3）现有某种含C、H和卤素的化合物，测得两个M值，分别为64和66。试说明原因，并写出它们的结构简式。在推测有机化合物的结构时，可能用到的含量较多的同位素的质量数如下表：元素HCFClBr含量较多的同位素的质量数1121935，3779，815.回旋加速器作用：规律：特点：(1)交变电压的频

7、率与圆周运动的频率相等:(2)回旋加速器最后使粒子得到的能量，在q、m和B一定的情况下，回旋加速器的半径R越大，粒子的能量就越大．【例题5】．在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，常使用电磁泵。某种电磁泵的结构如图17所示，把装有液态钠的矩形截面导管（导管是环形的，图中只画出其中一部分）水平放置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与导管垂直。让电流I按如图方向横穿过液态钠且电流方向与B垂直。设导管截面高为a，宽为b，导管有长为l的一部分置于磁场中。由于磁场对液态钠的作用

8、力使液态钠获得驱动力而不断沿管子向前推进。整个系统是完全密封的。只有金属钠本身在其中流动，其余的部件都是固定不动的。（1）在图上标出液态钠受磁场驱动力的方向。（2）假定在液态钠不流动的条件下，求导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p与上述各量的关系式。（3）设液态钠中每个自由电荷所带电量为q，单位体积内参与导电的自由电荷数为n，求在横穿液态钠的电流I的电流方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速率v0。【例题6】．如图18所示是静电分选器的原理。将磷酸盐和石英的混合颗粒由传送带