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高中物理20种电磁学仪器
电视机原理
1•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,如图所示•磁场方向垂直于圆面•,,需要加磁场,使电子束偏转一已知角度0,此时磁场的磁感应强度B应为多少?
解析:如图所示,电子在磁场中沿圆弧ab运动,圆心为O,半径为R,以v表示电子进入磁
又有tan
由以上各式解
二场时的速度,m、e分别表示电子的质量和电荷量,则
1
2
evB
2
mv
eUmv
R
2
tan
2
电磁流量计
(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、
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,,,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,
知流体的电阻率为P,不计电流表的内阻,则可求得流量为()
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B.
Ib
aR
Bc
Bb—
一Ba—
+F:
ac
vA•F;
质谱仪
。
设法使某有机化合物的气态分子导
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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si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,试
A
导出分子离子的质量m的表达式。
解析:以mq表示离子的质量电量,以v表示离子从狭缝s2
—mv=qU
射出时的速度,由功能关系可得:,
射入磁场后,在洛仑兹力作用下做圆周运动,由牛顿定律可得
式中R为圆的半径。感光片上的细黑线到s缝的距离d=2R
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4•磁流体发电
磁流体发电是一种新型发电方式,图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体
是发电导管,其中空部分的长、高、宽分别为1、a、b,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可略的导体电极,这两个电极与负载电阻R1相连。整个发电导管处于图2中磁
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场线圈产生的匀强磁场里,磁感应强度为B,方向如图所示。发电导管内有电阻率为P的高温、高速电离气体沿导管向右流动,并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用,产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同,且不存在磁场时电离气体流速为v0,电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比,发电导管两端的电离气体压强差Ap维持恒定,求:
不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大;
磁流体发电机的电动势E的大小;
磁流体发电机发电导管的输入功率P。
解析:
(1)不存在磁场时,由力的平衡得
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(2)设磁场存在时的气体流速为v,则磁流体发电机的电动势
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Bav
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回路中的电流
c丄
bl
电流I受到的安培力
设F'为存在磁场时的摩擦阻力,依题意
存在磁场时,由力的平衡得
根据上述各式解得
(3)磁流体发电机发电导管的输入功率
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由能量守恒定律得'-总甘沁J
故■”-、
故'■
发电机
图1中是一台发电机定子中的磁场分布图,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,,它与磁极的柱面共轴•磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿圆柱半径、大小近似均匀的磁场,磁感强度B=0・50T,图2是该发电机转子的示意图(虚线表示定子的铁芯M)・矩形线框ibcd可绕过ad、cb边的中点并与图1中的铁芯M共轴的固定转轴00‘旋转,在旋转过程中,线框的ab、cd边始终处在图1所示的缝隙内的磁场中•已知ab边长L1=20・0cm,ad边长L2==8匝导线•将发电机的输出端接入图中的装置K后,装置K能使交流电变成直流电,而不改变其电压的大小•直流电的另一个输出端与一可变电阻R相连,可变电阻的另一端P是直流电的正极,直流电的另一个输出端Q是它的负极•图3是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图,其中A、B是两块纯铜片,插在CuSO稀溶液中,铜片与引出导线相连,引出端分别为x、y.
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现把直流电的正、负极与两铜片的引线端相连,调节R,使CuSO4溶液中产生1=•假设发电机的内阻可忽略不计,两铜片间的电阻r是恒定的,线圈转动的角速度o=200rad/s,求:(1)每匝线圈中的感应电动势的大小.
(2)可变电阻R与A、B间电阻r之和.
解析:(1)设线框边的速度为,则有:
V,
一匝线圈中的感应电动势为:E1=2Bl1v,代入数据解得:E1=
(2)N匝线圈中的总感应电动势为:E=NE
1
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由欧姆定律,得:E=I(r+R),代入数字解得:r+R=12Q
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加速度计
6•串列加速器是用来产生高能离子的装置,图中虚线框内为其主体的原理示意图,其中加速管的中部b处有很高的正电势U,a、c两端均有电极接地(电势为零)。现将速度很低的负一价碳离子从a端输入,当离子到达b处时,可被设在b处的特殊装置将其电子剥离,成为n价正离子,而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感强度为B的匀强磁场中,在磁场中做半径为R的圆周运动,
-6kg,U=,B==,B=0.
50T,n=2,基元电荷e=-i9C,求化
・
-mv"
MtA
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2(n41)mLT
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fneU=2-ell,
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电子称
,如图所示为电子秤的原理图,托盘和弹簧的电阻与质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,电压表示数为零。滑动变阻器的总电阻为R,总长度为1,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻的阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力,电压表为理想表,当长盘上放上某物体时,电压表的示数为U求此时称量物体的质量。
解析:设托盘上放上质量为m的物体时,弹簧的压缩量为x,由题设知:,则•:’
n,in,U—i—J*—£\
由全电路欧姆定律知:,:—丄
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