電磁技術(shù)應(yīng)用題目

1、電磁技術(shù)應(yīng)用1、如圖所示為某種電子秤的原理示意圖，ab為一均勻的滑線變阻器，阻值為r，長度為l，兩邊分別有p1、p2兩個(gè)滑動(dòng)頭，與p1相連的金屬細(xì)桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿mn上保持水平狀態(tài)，金屬細(xì)桿與托盤相連，金屬細(xì)桿所受重力忽略不計(jì)。彈簧處于原長時(shí)p1剛好指向a端，若p1、p2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上顯示出質(zhì)量的大小已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源的電動(dòng)勢為e，電源的內(nèi)阻忽略不計(jì)，信號放大器、信號轉(zhuǎn)換器和顯示器的分流作用忽略不計(jì)求：(1)托盤上未放物體時(shí)，在托盤的自身重力作用下，p1距a端的距離x1；(2）在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，p1,

2、距a端的距離x2；(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)p2，從而使p1、p2間的電壓為零校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將被稱物體放在托盤上，試推導(dǎo)出被稱物體的質(zhì)量m與p1、p2間電壓u的函數(shù)關(guān)系式2、電磁爐專用平底鍋的鍋底和鍋壁均由耐高溫絕緣材料制成起加熱作用的是安在鍋底的一系列半徑不同的同心導(dǎo)電環(huán)導(dǎo)電環(huán)所用的材料單位長度的電阻r=0.125/m,從中心向外第n個(gè)同心圓環(huán)的半徑為rn=(2n-1) r1(n為正整數(shù)且n7)，已知r1=1.0 cm當(dāng)電磁爐開啟后，能產(chǎn)生垂直于鍋底方向的變化磁場，已知該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的變化率為，忽略同心導(dǎo)電圓環(huán)感應(yīng)電流之間的相互影響(1)求出半徑為rn的導(dǎo)電圓

3、環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)表達(dá)式；(2)半徑為r1的導(dǎo)電圓環(huán)中感應(yīng)電流的最大值i1m是多大？（計(jì)算中可取=10 )(3)若不計(jì)其他損失，所有導(dǎo)電圓環(huán)的總功率p是多大？3、某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種測定風(fēng)力的裝置，其原理如圖所示，迎風(fēng)板與一輕彈簧的一端n相接，穿在光滑的金屬桿上彈簧是絕緣材料制成的，其勁度系數(shù)k = 1 300 n/m，自然長度l0= 0. 5 m，均勻金屬桿用電阻率較大的合金制成，迎風(fēng)板面積為s=0.5 m2，工作時(shí)總是正對著風(fēng)吹來的方向電路中左端導(dǎo)線與金屬桿m端相連，右端導(dǎo)線接在n點(diǎn)并可隨迎風(fēng)板在金屬桿上滑動(dòng)，且與金屬桿接觸良好限流電阻的阻值r=1，電源電動(dòng)勢e=12 v，內(nèi)阻r=0.5

4、合上開關(guān)，沒有風(fēng)吹時(shí)，彈簧處于原長，電壓表的示數(shù)u1=3.0 v；如果某時(shí)刻由于風(fēng)吹使迎風(fēng)板向左壓縮彈簧，電壓表的示數(shù)變?yōu)閡2=2.0v,求：(1)金屬桿單位長度的電阻；(2)此時(shí)作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力；(3)若風(fēng)（運(yùn)動(dòng)的空氣）與迎風(fēng)板作用后速度變?yōu)榱?，已知裝置所在處的空氣密度為1. 3 kg/m3 ,求風(fēng)速為多大？4、磁流體發(fā)電技術(shù)是世界上正在研究的新興技術(shù)，它有效率高（可達(dá)45-55，火力發(fā)電效率為30）、污染少等優(yōu)點(diǎn)，將一束等離子體（高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒）以聲速的0.82.5倍的速度噴射入勻強(qiáng)磁場中，磁場中有兩塊金屬板a，b（相當(dāng)于電源的兩個(gè)極，并與外電阻r相連）

5、，這時(shí)a，b上就積聚電荷產(chǎn)生電壓，設(shè)粒子所帶電量為q，進(jìn)入磁場的噴射速度是v，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，ab間的距離為d（1）說明磁流體發(fā)電中能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系，求出兩極間電壓的最大值（2）設(shè)磁流體發(fā)電機(jī)內(nèi)阻為r，當(dāng)外電阻r是多少時(shí)輸出功率最大?并求最大輸出功率（3）磁懸浮現(xiàn)象是指將某種低溫液態(tài)物質(zhì)倒入金屬盤后，能使金屬盤達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度從而產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，在金屬盤上方釋放一永磁體，當(dāng)它下落到盤上方某一位置時(shí)即產(chǎn)生磁懸浮現(xiàn)象，試分析說明產(chǎn)生磁懸浮現(xiàn)象的原因（4）利用磁懸浮現(xiàn)象，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)制成磁懸浮高速列車，此種列車車廂下部裝有電磁鐵，運(yùn)行所需槽形導(dǎo)軌的底部和側(cè)壁裝有線圈，其作用是什么?這種列車的運(yùn)行速度是

6、一般列車的34倍，簡述能達(dá)到這樣高速的原因5、如圖所示，充電的兩平行金屬板間有場強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場，和方向與電場垂直(垂直紙面向里)的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，構(gòu)成了速度選擇器氕、氘、氚核以相同的動(dòng)能(ek)從兩極板中間，垂直于電場和磁場射入速度選擇器，且氘核沿直線射出則射出時(shí) ( )a動(dòng)能增加的是氚核b動(dòng)能增加的是氕核c偏向正極板的是氚核d偏向正級板的是氕核ps3s2s1nx圖13b6、如圖13所示為一質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理示意圖，整個(gè)裝置處于真空環(huán)境中，離子源n可釋放出質(zhì)量相等、電荷量均為q（q0）的離子。離子的初速度很小，可忽略不計(jì)。離子經(jīng)s1、s2間電壓為u的電場加速后，從狹縫s3進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度大小為b、方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場中，沿著半圓運(yùn)動(dòng)到照相底片上的p點(diǎn)處，測得p到s3的距離為x。求：（1）離子經(jīng)電壓為u的電場加速后的動(dòng)能；（2）離子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量大小；（3）離子的質(zhì)量。7、圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為b和e。平板s上有可讓粒子通過的狹縫p和記錄粒子 位置的膠片a1a2。平板s下方有強(qiáng)度為b0的勻強(qiáng)磁場。下列表述正確的是 （ ）a質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具b速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外c能通過的狹縫p的帶電粒子的速率等于e/bd粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫p，粒

8、子的荷質(zhì)比越小8、1932年，勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出了回旋加速器?；匦铀倨鞯墓ぷ髟砣鐖D所示，置于高真空中的d形金屬盒半徑為r，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可以忽略不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直。a處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為m、電荷量為+q ，在加速器中被加速，加速電壓為u。加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用。 （1） 求粒子第2次和第1次經(jīng)過兩d形盒間狹縫后軌道半徑之比；（2） 求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時(shí)間t ；（3） 實(shí)際使用中，磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場頻率都有最大值的限制。若某一加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場頻率的最大值分別為bm、fm，試討論粒子能獲得的最大動(dòng)能e

9、。b接交流電源甲s乙圖128、(2011海淀一模)(18分）在高能物理研究中，粒子加速器起著重要作用，而早期的加速器只能使帶電粒子在高壓電場中加速一次，因而粒子所能達(dá)到的能量受到高壓技術(shù)的限制。1930年，earnest o. lawrence提出了回旋加速器的理論，他設(shè)想用磁場使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn)，多次反復(fù)地通過高頻加速電場，直至達(dá)到高能量。圖12甲為earnest o. lawrence設(shè)計(jì)的回旋加速器的示意圖。它由兩個(gè)鋁制d型金屬扁盒組成，兩個(gè)d形盒正中間開有一條狹縫；兩個(gè)d型盒處在勻強(qiáng)磁場中并接有高頻交變電壓。圖12乙為俯視圖，在d型盒上半面中心s處有一正離子源，它發(fā)出的正離子，

10、經(jīng)狹縫電壓加速后，進(jìn)入d型盒中。在磁場力的作用下運(yùn)動(dòng)半周，再經(jīng)狹縫電壓加速；為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，應(yīng)設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場中運(yùn)動(dòng)的周期一致。如此周而復(fù)始，最后到達(dá)d型盒的邊緣，獲得最大速度后被束流提取裝置提取出。已知正離子的電荷量為q，質(zhì)量為m，加速時(shí)電極間電壓大小恒為u，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，d型盒的半徑為r，狹縫之間的距離為d。設(shè)正離子從離子源出發(fā)時(shí)的初速度為零。（1）試計(jì)算上述正離子從離子源出發(fā)被第一次加速后進(jìn)入下半盒中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（2）盡管粒子在狹縫中每次加速的時(shí)間很短但也不可忽略。試計(jì)算上述正離子在某次加速過程當(dāng)中從離開離子源到被第n次加速結(jié)束時(shí)所經(jīng)歷的

11、時(shí)間；（3）不考慮相對論效應(yīng)，試分析要提高某一離子被半徑為r的回旋加速器加速后的最大動(dòng)能可采用的措施。 9、如圖為磁流體發(fā)電原理示意圖等離子體是高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而整體上呈中性將一束等離子體噴射入磁場在磁場中的兩塊平行金屬板m、n上就會聚集電荷，產(chǎn)生電動(dòng)勢等離子體射入的速度為v，每塊金屬板的面積為s，板間距離為d勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，方向與v垂直外電路電阻為r設(shè)電離氣體充滿兩板間的空間且電阻率為求：(1)通過電阻r的電流大小和方向；(2)兩板間電壓10、由于受地球信風(fēng)帶和盛行西風(fēng)帶的影響，海洋中一部分海水做定向流動(dòng)，稱為風(fēng)海流，風(fēng)海流中蘊(yùn)藏著巨大的動(dòng)力資源。因

12、為海水中含有大量的帶電離子，這些離子隨風(fēng)海流做定向運(yùn)動(dòng)，如果有足夠強(qiáng)的磁場能使海流中的正、負(fù)離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，便可用來發(fā)電。b 風(fēng)海流方向vabm圖22東西北南dn圖22為一利用風(fēng)海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖，用絕緣材料制成一個(gè)橫截面為矩形的管道，在管道的上、下兩個(gè)內(nèi)表面裝有兩塊金屬板m、n，金屬板長為a，寬為b，兩板間的距離為d。將管道沿風(fēng)海流方向固定在風(fēng)海流中，在金屬板之間加一水平勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，方向由南向北，用導(dǎo)線將m、n外側(cè)連接電阻為r的航標(biāo)燈（圖中未畫出）。工作時(shí)，海水從東向西流過管道，在兩金屬板之間形成電勢差，可以對航標(biāo)燈供電。設(shè)管道內(nèi)海水的流速處處相同，且速率恒為v

13、，海水的電阻率為，海水所受摩擦阻力與流速成正比，比例系數(shù)為k。（1）求磁流體發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢e的大小，并判斷m、n兩板哪個(gè)板電勢較高；（2）由于管道內(nèi)海水中有電流通過，磁場對管道內(nèi)海水有力的作用，求此力的大小和方向；（3）求在t時(shí)間內(nèi)磁流體發(fā)電機(jī)消耗的總機(jī)械能。ab液體圖9-3111、如圖9-31所示為一電磁流量計(jì)的示意圖，截面為正方形的非磁性管，其邊長為d，內(nèi)有導(dǎo)電液體流動(dòng)，在垂直液體流動(dòng)方向加一指向紙里的勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度為b?，F(xiàn)測得液體a、b兩點(diǎn)間的電勢差為 u，求管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量q。12、電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體(如污水)在管中的流量(在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積)為

14、了簡化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c，流量計(jì)的兩端與輸送液體的管道相連接(圖中虛線)圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于前后兩面當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻r的電流表的兩端連接，i表示測得的電流值已知流體的電阻率為，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為 ( a )abcd13、醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測通過動(dòng)脈的血流速度。電磁血流計(jì)由一對電極a和b以及磁極n和s構(gòu)成，磁極間的磁場是均勻的。使用時(shí)，兩電極

15、a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示。由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會有微小電勢差。在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場可看作是勻強(qiáng)電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零。在某次監(jiān)測中，兩觸點(diǎn)的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢差為160v，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040t。則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為 （ ）a. 1.3m/s ，a正、b負(fù) b. 2.7m/s ， a正、b負(fù)c1.3m/s，a負(fù)、b正 d. 2.7m/s ， a負(fù)、b正14、為監(jiān)測某化工廠的含有離子的污水排放情況，技術(shù)人員在排污管

16、中安裝了監(jiān)測裝置，該裝置的核心部分是一個(gè)用絕緣材料制成的空腔，其寬和高分別為b和c，左、右兩端開口與排污管相連，如圖一14所示。在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b的勻強(qiáng)磁場，在空腔前、后兩個(gè)側(cè)面上各有長為a的相互平行且正對的電極m和n，m和n與內(nèi)阻為r的電流表相連。污水從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電流表將顯示出污水排放情況。下列說法中錯(cuò)誤的是（ ）am板比n板電勢低b污水中離子濃度越高，則電流表的示數(shù)越小c污水流量越大，則電流表的示數(shù)越大d若只增大所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則電流表的示數(shù)也增大15如圖所示，厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在

17、導(dǎo)體板的上側(cè)面a和下側(cè)面a之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時(shí)，電勢差u、電流i和b的關(guān)系為u=kib/d，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù).霍爾效應(yīng)可解釋如下外部磁場的作用使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差.設(shè)電流i是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向移動(dòng)速度為v，電量為e.回答下列問題:(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面a的電勢_下側(cè)面a的電勢(選填“高于”、“低于”或“等于”).(2)電子所受的洛

18、倫茲力的大小為_.(3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為u時(shí)，電子所受靜電力的大小為_.(4)由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為k=1/ne，其中n代表導(dǎo)體單位體積中電子的個(gè)數(shù). 16、單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量（以下簡稱流量）。由一種利用電磁原理測量非磁性導(dǎo)電液體（如自來水、啤酒等）流量的裝置，稱為電磁流量計(jì)。它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣，其上裝有一對電極和c,a,c間的距離等于測量管內(nèi)徑d，測量管的軸線與a、c的連接放像以及通過電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直。當(dāng)導(dǎo)電液體流過測量管時(shí)，

19、在電極a、c的間出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢e，并通過與電極連接的儀表顯示出液體流量q。設(shè)磁場均勻恒定，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b。（1）已知，設(shè)液體在測量管內(nèi)各處流速相同，試求e的大小（去3.0）（2）一新建供水站安裝了電磁流量計(jì)，在向外供水時(shí)流量本應(yīng)顯示為正值。但實(shí)際顯示卻為負(fù)值。經(jīng)檢查，原因是誤將測量管接反了，既液體由測量管出水口流入，從如水口流出。因?yàn)橐鸭訅撼錆M管道。不便再將測量管拆下重裝，請你提出使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎钡暮啽惴椒ǎ唬?）顯示儀表相當(dāng)于傳感器的負(fù)載電阻，其阻值記為 a、c間導(dǎo)電液體的電阻r隨液體電阻率色變化而變化，從而會影響顯示儀表的示數(shù)。試以e、r。r為參量，給出電極a、c間輸出電壓u的

20、表達(dá)式，并說明怎樣可以降低液體電阻率變化對顯示儀表示數(shù)的影響。17、利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖1，將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直至于磁場b中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面、間通以電流時(shí)，另外兩側(cè)、間產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用相一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是、間建立起電場，同時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢差。當(dāng)電荷所受的電場力與洛倫茲力處處相等時(shí)，和達(dá)到穩(wěn)定值，的大小與和以及霍爾元件厚度之間滿足關(guān)系式，其中比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù)，僅與材料性質(zhì)有關(guān)。（1）設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度（、間距）為，請寫出和的關(guān)系式；若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，請判斷圖中、哪端的電勢高；（2）已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為，電子的電荷量為，請導(dǎo)出霍爾系數(shù)的表達(dá)式