电工五项技术在实际中的应用.doc

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1、29电工五项技术在实际中的应用涉及带电粒子在电场、磁场中运动的五项技术在高新科技领域中有着广泛的应用。29。.1速度选择器V0EB图1如图1所示，在平行板电容器两板之间存在着紧阗向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，当带电粒子从左方入射的初速V0满足条件下(重力不计)，粒子向右做匀速直线运动，上述结论与粒子的电性完全无关，于是从右方窄缝处便选出了入射速度V0等于的全部带电粒子。θθab图2例1：图2所示为某离子速度选择器的原理示意图：在一半径为R=10cm的圆柱形筒内存在着的匀强磁场，磁感应强度的方向平行于轴线。在圆

2、柱形筒内某一直径的两端开有小孔作为入射孔(a)和出射孔(b),最后有不同速度的离子束射出。现有一离子源发出比荷的负离子，且离子束中速度的分布连续，当角度θ=450时，从小孔射出的离子束的速度大小是：()A．B．C．D．分析：这种仅通过磁场便可选出某种速度的粒子的装置同样也是一种速度选择器。由图中几何关系可知，正离子在匀强磁场中运动时的轨道半径，由于，因此所选粒子的速度。所以选B。VmB图3例2：在用铝板制成的“”型框架中，将一质量为的带电小球用绝缘细线悬挂在框的上方，让框架整体在垂直于水平方向的匀强磁场中以速度V向左匀

3、速运动，此时、悬线的拉力为T，则：()A．悬线竖直，B．悬线竖直，C．选择合适的速度大小，可以使。D．因条件不足，T与mg的大小关系无法确定。分析：铝板右侧的竖直边向左切割磁感应线后，在上、下两板间产生大小为的电势差(下板电势高于上板电势)，于是在两板之间又产生了自下而上的的匀强电场，它同垂直纸面向里的匀强磁场B一起构成了速度选择器。此时带电小球所受的电场力(当小球带正电时，电场力方向向上，洛仑兹力方向向下；当小球负电时，电场力方向向下。洛仑兹力和方向向上)，即电场力与洛仑兹力方向始终等值反向，因此悬线拉力T与小球的重

4、力mg必然相等，选A。29。.2质谱仪让一束质量、速度和电荷量可能不同的正离子垂直地射入匀强电场和匀强磁场相互正交的区域内(图1)，结果发现有些离子保持原来的方向未发生任何偏转，如果让这些未发生偏转的离子垂直进入另一匀强磁场中，可以发现这此离子分成了几束，。这是由于离子通过正交的电磁场(速度选择器)后速度一定的带电粒子，如果其比荷不同，则必定不等的缘故。例3：质谱仪是利用电场、磁场分离并测量带电粒子质量的仪器，其原理是利用带电粒子在电磁场中的运动规律计算它的比荷。①方案一：让带电粒子先穿过一个电场强度为E、磁感应强度为

5、B的正交匀强电场、磁场，粒子恰好做匀速运动，若取消电场，粒子做圆周运动的轨道半径为R，则带电粒子的比荷为。②方案二：带电粒子先经电势差U加速，然后垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场，粒子做圆周运动的轨道半径为R，则带电粒子的比荷为。分析：方案一中带电粒子在正交电磁场中的出射速度V可由给出，在匀强磁场中做匀速圆周运动的速率可由给出，通过以上两式消去中间变量V后即得。方案二中带电粒子在匀强电场中被加速后的速度V可由给出，在匀强磁场中做匀速圆周运动速率同样可由给出，通过以上两式消去中间变量V后即得。例4：在如图4所示的装置中，

6、灯丝K发出的所有电子，经电压加速电压后(，保证电子一直被加速)，从小孔S进入垂直纸面向外的匀强磁场B，经有效地偏转后打在荧光屏EF上使它发出荧光，已知EF与加速电极CD在同一直线上。若电子在加速电场中运动时间极短(远小于)，设电子质量为m，电荷量为e，电子离开灯丝时的速度为零，求EF上发光部分的长度？KUCSDEFB图4分析：当加速电压取最大值时，电子在加速场中获得最大速度，经磁场B偏转后打在荧光屏的最右端，由动能定理，在磁场中的解得最大半径：；当加速电压取最小值时，电子在加速场中获得最小速度，经磁场B偏转后打在的最左

7、端，由动能定理，在磁场中的，解得最小半径：，∴EF上发光部分的长度。29.3磁流体发电图5磁流体发电是目前世界上比较先进的一项新兴技术，它无须依靠机械传动可以直接把气体的内能转化为电能。例5：如图5所示，匀强磁场磁感应强度为B，平行金属板A、B相距为L，其长和宽分别为a、b，将束高温、高压下电离气体－等离子气体以速度V垂直地射入磁场，设气体的电导率为()，求此电阻R两端的电压U。分析：由左手定则知，等离子体中正离子将向B板运动、负离子瘵向A板运动，从而在电阻R中形成自下而上的电流，根据闭合电路欧姆定律，∴电阻R两端的电

8、压。例6：电磁流量计是“磁流体发电装置”的变形，它采用非磁性材料制成，其截面是边长为d的正方形，如图6所示，导电液体在其中流动，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导体中中电流的流动方向和侧壁，若测得管壁上、下两点间的电势差为U，则液体的流量Q=。dab图6分析：电磁流量计实际上仍然应用了速度选择器的基本原理：当电解液在非磁性管中自左向