磁場中的十大“機(jī)器”應(yīng)用題分析(西安市第89中學(xué)-李靖)

1、1磁場中的十大“機(jī)、器”應(yīng)用題分析應(yīng)用之一：磁流體發(fā)電機(jī)應(yīng)用之一：磁流體發(fā)電機(jī)1、目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，其發(fā)電原理如圖1，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，而整體呈電中性）噴射入磁場，磁場中A、C兩平行金屬板的面積為S，彼此相距為L，等離子體的電導(dǎo)率為P（即電阻率倒數(shù)），噴入速度為v，板間磁感應(yīng)強(qiáng)度B與氣流方向垂直，與板相連的電阻的阻值為R，試回答：1

2、）此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢有多大？2）合上S，流過R的電流I為多少？解析：1）發(fā)電機(jī)的電源電動(dòng)勢E即為外電路斷開時(shí)電源兩極間的電勢差，當(dāng)?shù)入x子體沿直線勻速通過A、C兩板時(shí)，A、C兩板間電勢差達(dá)到最大，設(shè)等離子體電量為q，則有，E=BLv，電源內(nèi)阻由電阻定律得：，LqEqvB?PSLSLr???代閉合電路歐姆定律中，流過R的電流為：LRPSBLvPSPSLRBLvI????應(yīng)用之二：正負(fù)電子對撞機(jī)應(yīng)用之二：正負(fù)電子對撞機(jī)2、正負(fù)電子對撞機(jī)的最后部

3、分簡化示意圖如圖2（俯視），位于水平面內(nèi)的粗實(shí)線所示的圓環(huán)形真空管道是正、負(fù)電子做圓運(yùn)動(dòng)的“容器”，經(jīng)過加速器加速后的正、負(fù)電子被分別引入該管道時(shí)，具有相等的速率v，它們沿管道向相反的方向運(yùn)動(dòng)。在管道內(nèi)控制它們轉(zhuǎn)彎的是一系列圓形電磁鐵，即圖中的A1、A2、A3……AN，共N個(gè)，均勻分布在整個(gè)圓環(huán)內(nèi)（圖中只示意性地用細(xì)實(shí)線畫出幾個(gè)，其余的用細(xì)虛線表示），每個(gè)電磁鐵內(nèi)的磁場都是勻強(qiáng)磁場，并且磁感應(yīng)強(qiáng)度都相同，方向豎直向下，磁場區(qū)域的直徑為d

4、，改變電磁鐵內(nèi)電流的大小，就可改變磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而改變電子偏轉(zhuǎn)的角度。經(jīng)過精確調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電子在環(huán)形管道中沿圖中粗虛線所示的軌跡運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電子經(jīng)過每個(gè)電磁鐵時(shí)射入點(diǎn)和射出點(diǎn)都在電磁鐵的同一條直徑的兩端，如圖3示。這就為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電子的對撞做好了準(zhǔn)備。1）確定正、負(fù)電子在管道內(nèi)各是沿什么方向旋轉(zhuǎn)的。2）已知正、負(fù)電子的質(zhì)量都是m，所帶電荷都是元電荷e，重力不計(jì)，試求電磁鐵內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小?！瑼n1AnA3

5、A2A11d圖2圖3KACR圖13解析：因磁場方向垂直紙面向里，當(dāng)導(dǎo)電流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，帶電離子將在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，從而在上、下表面上分別積累正、負(fù)電荷，建立電場，帶電離子同時(shí)受洛倫茲力和電場力作用，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)有：則依歐姆定律得所以cEqqvB?BcvE?)(abcRIE???)(abcRBcIv???流量：則應(yīng)選A。)(acbRBIvbcQ????應(yīng)用之五：磁電式電流計(jì)應(yīng)用之五：磁電式電流計(jì)5、磁電式電流計(jì)線圈長a=2.0c

6、m寬b=1.0cm匝數(shù)n=250匝，磁極間隙內(nèi)有一徑向磁場。線圈所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.20T當(dāng)通入電流I=0.1mA時(shí)，偏轉(zhuǎn)角?=30，求作用于線圈上的磁力矩。若要提高此電流計(jì)的靈敏度，可采取得措施有哪些？解析：磁電式電流計(jì)，利用磁力矩大小與電流大小成正比，彈簧產(chǎn)生的力矩與偏轉(zhuǎn)角度成正比，當(dāng)電流表偏轉(zhuǎn)平衡時(shí)，電流的大小就與指針的偏角成正比。磁力矩的大小與偏角無關(guān)，所以該線圈所受的磁力矩大小為：NmNmnBIabM643100.110

7、0.10.21010.020.0250?????????????由可知：電流表的靈敏度將隨著線圈匝數(shù)N、線圈面積S及磁感應(yīng)強(qiáng)?knBIS?度B的增大而提高，隨著螺旋彈簧扭轉(zhuǎn)系數(shù)k（轉(zhuǎn)過1所需外力矩的大小）的增大而降低。另外，減小摩擦也有利于靈敏度的提高。應(yīng)用之六：回旋加速器應(yīng)用之六：回旋加速器6、如圖7為一回旋加速器的示意圖，已知D形盒的半徑為R，中心O處放有質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子源，若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，求：1）在D形盒間的高頻