磁场在生活科技中的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁场在科技生活中的应用,江阴市青阳中学,徐荣伟,磁场对通电导线的安培力应用,：电流天平,：,电磁炮,：电磁泵,一:电流天平,例题:如下图为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数n=9，线圈的水平边长为L，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂到达平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂重新平衡。(1)导出用量和可测量n、m、L、I计算B的表达式；(2)当，时，磁感应强度是多少？,电流天平:课堂练习1,A磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为,B磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为,C磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为,D磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为,如图所示为电流天平，可用来测量匀强磁场的磁感应强度。天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，线圈匝数为N，水平边长为L，线圈的下部处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡。当电流反向(大小不变)时，左边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡。由此可知（）,AB,返回目录,二、电磁炮,根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置电磁炮，电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如下图，1982年澳大利亚国立大学制成了能把22的弹体包括金属杆的质量加速到10的电磁炮常规炮弹速度大小约为2，假设轨道宽2，长为100，通过的电流为10，那么轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多少？磁场力的最大功率为多大？轨道摩擦不计,如果想提高某种电磁炮的发射速度，理论上可怎么办?,可以通过增强磁场、加大电流、增宽导轨间距、加长导轨长度、减少炮弹体质量来提高炮弹出膛速度.,电磁炮:课堂练习,经过多年的研究，我国超高速电磁炮的研制已经到了最后阶段，不久将问世。电磁炮的原理是利用电磁力推动弹头达到每秒几十公里的超高速状态，常规武器望尘莫及。右图是电磁炮的示意图。竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=50 T，炮弹和金属支架放在宽为L=0.40m的铜导轨上，炮弹和金属支架的总质量为0.20 kg，铜导轨的长度为s=10 m，为使炮弹的射出速度达到v=20 kms，通过炮弹和金属支架的电流应为多大？(不计一切摩擦阻力),返回目录,三、电磁泵,在原子反应堆中抽动液态金属与在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵，如图所示这种电磁泵的结构，将导管放在磁场中，当电流穿过导电液体时，这种液体即被驱动，问：,（1）这种电磁泵的原理是怎样的?,（2）若导管内截面积为wh，磁场的宽度为L，磁感应强度为B（看成匀强磁场），液体穿过磁场区域的电流强度为I，如图所示，求驱动力造成的压强差为多少?,磁场对运动电荷的洛仑兹力的应用,：速度选择器,：磁流体发电机,：电磁流量计,：质谱仪,：盘旋加速度器,：霍尔效应,：电视机显像管,一、速度选择器,在如下图的平行板电容器中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带电粒子肯有速度时，才能沿图示虚线路径通过这个速度选择器。,当满足,Bqv,=,qE,时,带电粒子做匀速直线运动,当,Bqv,=,qE,不满足时,粒子发生偏转,.,选择速度,V=E/B,的粒子,.,与粒子,带电正负,无关.,与质量无关(重力不计),与速度,方向有关,速度选择器课练习堂,如下图，相距为d的两平行金属板水平放置，开始开关S合上使平行板电容器带电板间存在垂直纸面向里的匀强磁场一个带电粒子恰能以水平速度v向右匀速通过两板间在以下方法中，要使带电粒子仍能匀速通过两板，(不考虑带电粒子所受重力)正确的选项是 ,A把两板间距离减小一倍，同时把粒子速率增加一倍,B把两板的距离增大一倍，同时把板间的磁场增大一倍,C把开关S断开，两板的距离增大一倍，同时把板间的磁场减小一倍,D把开关S断开，两板的距离减小一倍，同时把粒子速率减小一倍,返回目录,二:磁流体发电机,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，图示是磁流体发电机的装置：、组成一对平行电极，两极间距为,内有磁感强度为的匀强磁场，现持续将一束等离子体即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性垂直喷射入磁场，每个离子的速度为，电量大小为，忽略两极之间等效内阻，稳定时，A和B两板间便产生电压。如果把A和B与用电器连接，A和B就是一个直流电源的两个电极。分析电势较高的是哪个极板？该磁流体发电机的电动势多大？外电路电阻为，那么所消耗的功率为多大？,板是发电机的正极,发电机的电动势dV,磁流体发电机课堂练习,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，以下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，稳定时以下说法中正确的选项是 ,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Bvd,D电源的电动势为Bvq,返回目录,三、电磁流量计,电磁流量计如下图,用非磁性材料做成的圆管道,外加一匀强磁场.当管道中导电液体流过此区域时,测出管壁上 a、b 两点间的电动势为 ,就可知道管中液体的流量 Q,即单位时间内流过管道横截面的液体体积(m3 s).管道直径为 D,磁场的磁感应强度为 B,那么 Q 与 间的关系？,电磁流量计课堂练习,一种测量血管中血流速度仪器的原理如图364所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是20，磁场的磁感应强度为0080，电压表测出的电压为010，则血流速度大小为_（取两位有效数字）,电磁流量计课堂练习,某制药厂的污水处理站的管道中安装了如下图的流量计，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，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极，当含有大量正负离子其重力不计的污水充满管口从左向右流经该装置时，利用电压表所显示的两个电极间的电压U，就可测出污水流量Q单位时间内流出的污水体积那么以下说法正确的选项是 ,A后外表的电势一定高于前外表的电势，与正负哪种离子多少无关,B假设污水中正负离子数相同，那么前后外表的电势差为零,C流量Q越大，两个电极间的电压U越大,D污水中离子数越多，两个电极间的电压U越大,电磁流量计课堂练习,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，假设流量计是如下图的横截面为长方形的一段管道，其中空局部的长、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、下两外表分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值流体的电阻率为，不计电流表的内阻，那么可求得流量为 ,返回目录,质谱仪的构造,带电粒子注入器,加速电场U,速度选择器E,B1,偏转磁场B2,照相底片,4、质谱仪工作原理,质谱仪工作原理,(1)带电粒子经加速电场：,(2)带电粒子经速度选择器：,(3)带电粒子经偏转磁场：,d,为轨道直径,由此可得：比荷；质量,通过测定,d,得比荷，再由,q,可得质量,四：质谱仪,质谱仪速度选择器局部的匀强电场场强E=1.2105V/m，磁场的磁感应强度为B1=0.6T,偏转别离器的磁感应强度为B2，如下图，求：1能通过速度选择器的粒子的速度多大？2质子和氘核进入偏转局部后打在照相底片上的条纹之间的距离d为多少？,质谱仪课堂练习,所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图速度选择器也称滤速器中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，别离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，假设m甲=m乙m丙=m丁，甲 乙=丙 丁，在不计重力的情况下，那么分别打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是 ,A甲乙丙丁 B甲丁乙丙 C丙丁乙甲 D甲乙丁丙,质谱仪课堂练习,由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪原理图如下图，它曾由航天飞机携带升空，将来安装在阿尔法国际航空站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。反物质由反粒子组成，反粒子的质量与正粒子相同，带电量与正粒子相等但电性符号相反，例如反质子是。假假设使一束质子、反质子、粒子、反粒子组成的射线，通过进入匀强磁场B2而形成4条径迹，如下图，那么反粒子的径迹为 ,A1 B2 C3 D4,返回目录,五：盘旋加速度器,B,关于盘旋加速器的几个问题,1:盘旋加速器中的D形盒 的作用是什么?,它的作用是静电屏蔽，使带电粒子在圆周运动过程中只处在磁场中而不受电场的干扰，以保证粒子做匀速圆周运动,2:盘旋加速器中所加交变电压的频率f多大?,盘旋加速器中所加交变电压的频率f,与带电粒子做匀速圆周运动的频率相等:,3:盘旋加速器最后使粒子得到的能量多大?,可由公式 来计算，在粒子电量，、质量m和磁感应强度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,4:决定带电粒子在盘旋加速器内运动时间长短的因素：,带电粒子在盘旋加速器内运动时间长短，与带电粒子做匀速圆周运动的周期有关，同时还与带电粒在磁场中转动的圈数有关。设带电粒子在磁场中转动的圈数为n，加速电压为U。因每加速一次粒子获得能量为qU，每圈有两次加速。,盘旋加速度器课堂练习,如图所示的回旋加速器的D形盒的直径为D，磁感应强,度为B，被加速的带电粒子的电荷量为q，质量为m，试写出Vm、Ekm及周期T的表达式。,盘旋加速度器课堂练习,回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示.它的核心部分是两个,D,形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用同一回旋加速器分别加速氚核（）和粒子（）比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有（）,A.加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大,B.加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小,C.加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小,D.加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大,B,B,盘旋加速度器课堂练习,回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个,D,形金属扁盒，如图所示，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一匀强电场，高频交流电源的周期与带电粒子在,D,形盒中的运动周期相同，使粒子每穿过窄缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，磁场的磁感应强度为,B,，离子源置于,D,形盒的中心附近，若离子源射出粒子的电量为,q,，质量为,m,，最大回转半径为,R,，其运动轨道如图所示，试求：,两盒所加交流电的频率为多少?,粒子离开回旋加速器时的动能为多大?,设两,D,形盒间电场的电势差为,U,，盒间窄缝的距离为,d,，其电场均匀，粒子在电场中运动所用的时间t电为多少?粒子在磁场中运动所用的时间t磁为多少,?,习题解答:,返回目录,六：,电视机显像管,电视显像管的工作原理,1、要是电子打在,A,点，偏转磁场应该沿什么方向？,2、要是电子打在,B,点，偏转磁场应该沿什么方向？,3、要是电子打从,A,点向,B