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1、带电粒子衣复合场中的卖际应用湖州中学方密云1.磁流体发电机磁流体发电机原理示意图燃料在燃烧室中燃烧，产生出温度很高（约3000K）的等离子体，在燃烧室的末端装有加速喷管，使高温等离子体以约1000加“的速度喷出，并穿越发电通道.在发电通道的水平方向上放置一对磁极，在竖直方向放置一对电极。当与外电路断开时，在洛伦兹力的作用下，带正电的离子移向正电极B,而电子移向负电极A,于是在两极上就形成了很高的电势差：U=Bdv（相当于电动势）当与外电路接通时，负载上就有电流通过.等离子体作为导电流体，在磁场的作用下，实现
2、了热能直接转化为电能，可输出强大的电流.（如同电源）【例】目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示了它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B,这时金等离子体属板上就会聚集电荷，产生电压.如果射入的等离子体速度均为v,两金属板的板长为L,板间距离为d,板平面的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于速度方向，负载电阻为R,电离气体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时，电流表示数为I,那么板间电离气体的电阻率为多大?【解析】等离子体是在高气压作用下被喷射入磁场的，
3、所以正离子和电子的运动方向是相同的.在洛伦兹力的作用下，正离子向极板B方向偏转，负电子向极板A方向偏转，在极板间建立电场，形成电势差，在开路状态，当电场力与洛伦兹力平衡时，发电机电动势恒定，且U=Bvd;电路闭合时，U=U外+U内=1（R+"=I（R+黑）,可得:下,戈流子（电子或空穴）的运动方向发生偏转，在垂直2.霍耳效应霍耳发现,在导体（半导体）上通以电流并把它放在磁场中，如果磁场与电流的方向相垂直，则在磁场的作用于电流和磁场的方向上就会形成电荷积累，出现电势差的现象.人们将这个电压叫做霍耳电压,产生这
4、种现象被称为霍耳效应。【例】一种半导体材料称为“霍耳材料”，用它制成的元件称为“霍耳元件”・这种材料内有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为一个元电荷,即q=1.6X10-19C.霍耳元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等.在一次实验中，一块霍耳材料制成的薄片宽ab=l・0X10「2m、长bc=L=4.0X10'2m.厚h=lX10“in,水平放置在竖直向上的磁感应强度B=1.5T的匀强磁场
5、中，be方向通有1=3.0A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0X10'5V的横向电压.1.假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？2.薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率是多少？【解析】1.这种霍耳材料中的载流子是电子，则电流方向向右时，其中的电子运动方向是向左，根据左手定则可判断电子所受洛伦兹力向外，电子向外侧b移动，可确定运端电势高.2.当导体内载流子沿电流方向定向运动时，受洛伦兹力作用而产生沿ab方向的横向分运动，导体ab两侧积累正负电荷而产生横向电场，横向电场对载流子的电场力最终与洛伦兹力平衡
6、时，导体ab间横向电压稳定，设载流子沿电流方向定向移动的速率为卩,横向电压为几，宽度ab设为d,横向电场强度为E、则电场力F『Ee=匕％,洛伦兹力FrevB,平衡时FE=FB,可得dBl.OxlQ-51.0xl0_2xl.5mls=6.7x10~4m/s.电磁流量计Q二VS电磁流量指在单位时间内通过管内横截面的流体的体积。【例】电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（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
7、别为图中的a、b、c,流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）.图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面.当导电液体稳定地流经流量计时，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，I表示测得的电流值.已知流体的电阻率为P,不计电流表的内阻，则可求得流量为（）A.严町）C.—+p-）B.Bc//门be、£（/?+/?—）D.Ba【解析】流量计的工作原理如图所示：导电流体内clfiHr下未面的载流子在磁场的
8、作用下向上下表面偏转，形成电势差U=Bvc（其中y为流体的速度），与外电路构成闭合电路时形成电流，其中流体内部存在一定的内阻r=p—,由闭合ab电路欧姆定律可得u=I（R+»推得流体的流速V="+〃旳,Be流量Q=bc-v=-（bR+p-）,所以正确答案是A.Ba
