X03-KD04《磁學儀器》TYK2015

1、X03-KD05磁學儀器TYK201621一、基本知識1、安培力的應用（1）磁電式電流表（電壓表） 蹄形磁鐵和鐵心間的磁場是均勻地輻向分布的（圖 2 ) ，不管通電線圈轉到什么角度，它的平面都跟磁力線平行，因此碰場使線圈偏轉的力偶矩 M1不隨偏角而改變另一方面，線圈的偏轉使彈簧扭緊或扭松，于是彈簧產主一個阻礙線圈偏轉的力矩M2線圈偏轉的角度越大，彈簧的力矩M2也越大。到M1跟M2平衡時，線圈就停在某一偏角上，固定在轉軸上的指針也轉過同樣的偏角，指到刻度盤的某一刻度。電流表的構造如圖 l 所示。在很強的蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圖柱形鐵心，鐵心外面套一個可以繞軸轉動的鋁框，鋁框上繞有線圈，鋁框

2、的轉軸上裝有兩個螺旋彈簧（游絲）和一個指針。線圈的兩端分別接在這兩個螺旋彈簧上，被測電流就是經過這兩個彈簧通入線圈的。設電流表通電線圈的匝數(shù)為N，則線圈受到的力偶矩M1=NBIS，由于NBS 為定值所以 M1與電流強度I成正比。設 k1=NBS ，則M1= k1I 。另一方面，彈黃產生的力矩M2跟偏角成正比，即M2=k2，其中k2是一個比例恒量M1和M2平衡時，k1I=k2，即=kI，其中 k= k1/ k2 也是一個恒量。可見，測量時指針偏轉的角度跟電流強度I成正比，這就是說，這種電流計的刻度是均勻的：這種利用永久磁鐵來使通電線圈偏轉的儀表叫做磁電式儀表。這種儀表的優(yōu)點是刻度均勻，準確度高，

3、靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點是價格較貴，對過載很敏感，如果通入的電流超過允許值，就很容易把它澆掉，使用時要特別注意。窗體底端（2）電磁泵電磁泵是利用液體導電時受到向上的安培力把液體抽上來的圖中盒中電流向下流動，由左手定則可知電流受的安培力向左，管中液體就向左被抽出，豎直管中的液體在大氣壓力下向上運動。（3）電流天平 如圖所示為電流天平,可以用來測量勻強磁場的磁感應強度,他的右臂掛著矩形線圈,匝數(shù)n , 線圈的水平邊長為L , 處于勻強磁場內,磁感應強度B的方向與線圈平面垂直,當線圈中通過電流I時,調節(jié)砝碼使兩臂達到平衡,然后使電流反向,大小不變,這時需要在左盤中增加質量為m的砝碼,才能時

4、兩臂再達到新的平衡,用已知量和可測量n、m、L、I就可以計算出B的大小2、電場磁場同區(qū)域應用（4）速度選擇器原理圖如圖所示，平行板中電場強度E和磁感應強度B互相垂直這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qE = qv0B，即v0 = （5）磁流體發(fā)電機原理圖如圖所示，磁流體發(fā)電是一項新興技術，它可以把內能直接轉化為電能根據(jù)左手定則，如圖中的B是發(fā)電機 極磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為l，等離子體速度為v，磁場磁感應強度為B，則兩極板間能達到的最大電勢差U = 電源電阻r = l/S，外電阻R中的電流可由閉合電路歐姆定律求出，即I =

5、 E/(R + r) = BlvS/(RS +l)（6）測速儀、電磁流量計原理圖如圖所示，圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，導電液體在管中向左流動，導電液體中的自由電荷（正、負離子），在洛倫茲力的作用下橫向偏轉，a、b間出現(xiàn)電勢差，形成電場，當自由電荷所受的電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定，即：qvB = qE = qU/D，所以v = ，因此液體流量所以Q = vS = （7）霍爾效應原理圖如圖所示，在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應所產生的電勢差稱為霍爾電勢差當達到穩(wěn)

6、定狀態(tài)時，都存在電場力和洛倫茲力平衡的關系，即qU/d = qvB，霍爾電勢差U = 3、電場磁場不同區(qū)域應用(8)質譜儀： 構造：如圖所示，由粒子源、加速電場、 和照相底片等構成 原理：粒子由靜止被加速電場加速，根據(jù)動能定理可得關系式qU = mv2/2；粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉，做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律得關系式qvB = mv2/r；由兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質量、比荷；r = 、m = 、=(9) 回旋加速器： 構造：如圖所示，D1、D2是半圓金屬盒，D形盒的縫隙處接交流電源D形盒處于 磁場中 原理：交流電的周期和粒子做圓周運動的周期 ，粒子在圓周

7、運動的過程中一次一次地經過D形盒縫隙，兩盒間的電勢差一次一次地反向，粒子就會被一次一次地加速由qvB = mv2/R，得Ekm = ，可見粒子獲得的最大動能由磁感應強度和D形盒 決定，與加速 無關 （10）電視機顯像管電視顯像管應用了電子束在磁場中的偏轉原理。電子束射向熒光屏就能發(fā)光，一束電子束只能使熒光屏上的一個點發(fā)光，而通過偏轉線圈中磁場的偏轉就可以使整個熒光屏發(fā)光。 論s （10）的匝數(shù)為，被測電流就是經過這兩個彈簧通入線圈的： 電子槍電子槍的功能是發(fā)射電子、控制電子流，并將電子束聚焦、加速后打到熒光屏上形成細小的光點。黑白顯像管通常采用單電位電子槍，由熱陰極發(fā)射電子，控制極控制發(fā)射電流

8、的大小。電子經1216千伏的陰極電壓聚焦加速后轟擊熒光屏，在熒光屏上產生隨視頻信號的強弱而調制的光斑。偏轉系統(tǒng)顯像管普遍采用磁偏轉系統(tǒng)。磁偏轉系統(tǒng)包括兩組互相垂直的線圈，一組線圈有掃描電流流過時電子束產生水平方向偏轉，另一組線圈有電流流過時電子束的水平掃描線逐漸自上而下地移動。在逐行掃描制中，水平掃描的周期為垂直掃描的1/625；在隔行掃描制中，則為2/625。二、考點例題（1）磁電式電流表（電壓表）（2）電磁泵（3）電流天平（4）速度選擇器（5）磁流體發(fā)電機（6）測速儀、電磁流量計（7）霍爾效應(8) 質譜儀：(9) 回旋加速器： （10）電視機顯像管（一）電流表T1-KSP62T11T2-

9、JJJLP96T4T3-XZ. 一只電壓表讀數(shù)偏小，為糾正這一偏差，可以采取的措施是( )A.減少表頭線圈的匝數(shù)B.增大表內的串聯(lián)電阻C.增強表頭的永久磁鐵的磁性D.轉緊表內的螺旋彈簧（二）電磁泵B-WLTCT46如圖所示，流體磁動力泵的矩形槽左右兩壁是導電的，前后兩壁是絕緣的，槽寬L=5cm，高h=10.5cm，槽的下部與水銀面接觸，上部與豎直非導電管相連，勻強磁場方向垂直于絕緣壁，B=0.1T當給兩導電壁間加一電壓U=1V時，水銀在泵中可上升的高度是多少?（取水銀電阻率=·m，水銀密度0=1.4×kgm3，重力加速度g=10m) T-CD電磁泵在目前的生產、科技中得到了

10、廣泛應用。如圖所示，泵體是一個長方體，ab邊長為L1，兩側端面是邊長為L2的正方形；流經泵體內的液體密度為、在泵頭通入導電劑后液體的電阻率為，泵體所在處有方向垂直向外的磁場B，把泵體的上下兩表面接在電壓為U(內阻不計)的電源上，則（   ）A泵體上表面應接電源正極B通過泵體的電流I = UL C增大磁感應強度可獲得更大的抽液高度D增大液體的電阻率可獲得更大的抽液高度（三）電流天平1、如圖所示 為電流天平,可以用來測量勻強磁場的磁感應強度,他的右臂掛著矩形線圈,匝數(shù)n=9,線圈的水平邊長為L,處于勻強磁場內,磁感應強度B的方向與線圈平面垂直,當線圈中通過電流I時,調

11、節(jié)砝碼使兩臂達到平衡,然后使電流反向,大小不變,這時需要在左盤中增加質量為m的砝碼,才能時兩臂再達到新的平衡,  （1）導出用已知量和可測量n、m、L、I,計算B的表達式  （2）當L=10.0cm,I=0.10A,m=8.78g時,磁感應強度是多少? T1-D2、上圖是用來測量勻強磁場的磁感應強度的電流天平。天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，線圈匝數(shù)為N，水平邊長為L，線圈的下部處在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面當線圈中通有電流I （方向如圖）時，在天平左、右兩邊加上質量分別為m1、m2的砝碼，天平平衡當電流反向（大小不變）時，左邊再加

12、上質量為m的砝碼后，天平重新平衡由此可知（）A. 磁感應強度的方向垂直紙面向里，大小為B. 磁感應強度的方向垂直紙面向里，大小為C. 磁感應強度的方向垂直紙面向外，大小為D. 磁感應強度的方向垂直紙面向外，大小為（四）速度選擇器KSP67T5（速度選擇器）C-KS63T10KS63T11XZ-KD03-ZG33如圖所示，在兩水平極板間存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向下，磁場方向垂直于紙面向里一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板若不計重力，下列四個物理量中哪一個改變時，粒子運動軌跡不會改變 （ ）A粒子速度的大小 B粒子所帶的電荷量C電場強度 D

13、磁感應強度（五）磁流體發(fā)電機B-WSSP89T2T1B-WLTCT62  如圖所示是磁流體發(fā)電機的原理示意圖A、b兩平行極板相距d=10cm，中間有B=0.5T的勻強磁場，磁感線方向如圖所示發(fā)電時，如果只有速度v=400m/s的正負離子自左向右通過a、b板間那么，在穩(wěn)定工作后，a、b兩板的電壓Uab=_V電鍵接通后，通過負載電阻R的電流方向_（六）流量計、測速儀B-WSSP89T3B-JJJLP107L3（電磁流量計）C-KSP70T10C-WSSP92T1（七）霍爾效應C-KSP67T71-WSSP89T4（八）質譜儀JJJLP106L1B-JJJLP109L4C-JJJ

14、LP107L4B-KSP66T12C-KSP67T8（九）回旋加速器T1-JJJLP109L2（回旋加速器）T2-JJJLP103L3T3-JJJLP104T12T4-JJJLP103JT3T5-JJJLP103T5T6-SJSP110T2T7-WSSP91L4T8-WSSP92T4-2 T9-KSP70T14T10-X03-KD02-ZY5如圖甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中，兩盒分別與高頻電源相連帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷正確的是（ ）

15、A在Ek t圖中應有t4 t3 = t3 t2 = t2 t1B高頻電源的變化周期應該等于tn tn1C粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動能一定越大D要想粒子獲得的最大動能增大，可增加D形盒的半徑T11-X03-KD03-ZY1粒子回旋加速器的工作原理如圖所示，置于真空中的D形金屬盒的半徑為R，兩金屬盒間的狹縫很小，磁感應強度為B的勻強磁場與金屬盒盒面垂直，高頻率交流電的頻率為f，加速電壓為U，若中心粒子源處產生的質子質量為m，電荷量為 +e，在加速器中被加速不考慮相對論效應，則下列說法正確的是（ ）A不改變磁感應強度B和交流電的頻率f，該加速器也可加速粒子B加速的粒子獲得的最大動能隨加速電壓U的增大而增大C質子被加速后的最大速度不能超過2RfD質子第二次和第一次經過D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1T12P9（十）顯像管T1-SJSP104L2T2-KSP70T13T3-SJSP104L2T4-X03-KD03-LX2有人設計了一種帶電顆粒的速率分選裝置，其原理如圖所示兩帶電金屬板間有勻強電場