6、洛伦兹力.doc

专题：洛伦兹力在现代科技中的应用 学习重点：弄清各种实际应用的工作原理。 一、速度选择器： 1、构造：正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。 平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来。 2、原理：带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出：qvB=Eq，，否则将发生偏转。若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小。 3、特点：（1）只选择速度，不选择粒子（质量、电量、电性）； （2）速度选择器中的E、B的方向不仅互相垂直，而且还具有确定的关系，必须保证电场力和洛伦兹力等大反向； （3）速度选择器不能反向使用，即粒子只能沿一个确定的方向通过，在本图中，速度方向必须向右，而沿相反的方向，即使速度相同也不能通过。 【例1】某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以速度v0向右射去，从右端中心a下方的b点以速度v1射出；若增大磁感应强度B，该粒子将打到a点上方的c点，且有ac=ab，则该粒子带___电；第二次射出时的速度为_____。 解：B增大后向上偏，说明洛伦兹力向上，所以为带正电。由于洛伦兹力总不做功，所以两次都是只有电场力做功，第一次为正功，第二次为负功，但功的绝对值相同。，。 【例2】如图所示，一个带电粒子两次以同样的垂直于场线的初速度v0分别穿越匀强电场区和匀强磁场区， 场区的宽度均为L偏转角度均为，求EB 解析：分别利用带电粒子的偏角公式。在电场中偏转：，在磁场中偏转：，由以上两式可得。可以证明：当偏转角相同时，侧移必然不同（电场中侧移较大）；当侧移相同时，偏转角必然不同（磁场中偏转角较大）。 二、磁流体发电机： 1、主要构造：如图所示。 2、工作原理：等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的粒子，而从整体来说呈电中性）喷入磁场，正、负粒子在洛伦兹力的作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差。 设A、B平行板的面积为S，相距为d，等离子体的电阻率为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R。当等离子体匀速直线通过A、B板间时，A、B板间电势差达最大值，相当于电源的电动势E，此时离子受力平衡，，E场=vB，电动势E=E场d=Bdv（也可视为长为d的导体以速度v做切割磁感线运动），电源内阻，所以电路中的电流，也可以进一步计算其他物理量。 【例1】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( ) A. B. C. D. 【例2】（2010重庆理综23） 三、电磁流量计： 1、构造：如图所示，一圆形管道直径为d用非磁性材料制成，放置于磁场中，管道中有可以导电的液体或气体流过。 2、原理：导电流体中的自由电荷（正、负离子）在洛伦兹力作用下发生偏转，a、b间出现电势差，形成电场。当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，由可得，故流量。可见，只要测出B、d、U三个量，即可测得流量Q。 【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（单位时间内流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、c，流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，前后两面是绝缘材料。现在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。当导电流体稳定地流过流量计时，在管外将流量计的上、下两面分别与一串联了电阻R的电流表的两端连接，测得的电流值为I，已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻。则可以求得流量为（ A ） A、 B、 C、 D、 解析：流体在上下方向上的电阻，设上下两面间的电势差为U，则U=I(R0+R)=I(R0+)，对流体中的电荷有，故，流量，将U= I(R0+)代入得，A答案正确。 四、质谱仪：是利用电场和磁场控制电荷运动的精密仪器。它是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 1、构造：一般由粒子源、静电加速器、速度选择器、偏转磁场以及照相底片（或显示屏）构成，如图。 2、原理：设有一质量为m、带电荷量为