带电粒子在复合场中的应用.docx

带电粒子在复合场中的应用一、霍尔元件1、原理如图所示，将高度为h、长为a、厚度为d的导体板放在垂直于它且磁感应强度为B的匀强磁场中.现给导体板通以电流I（1）若导体板的载流子为负电荷（比如说电子），则载流子在洛伦兹力作用下往哪侧聚集？这种聚集能否一直进行下去？若不能一直进行下去，请分析出达到最终稳定状态的条件。（2）若导体板的载流子为正电荷（比如说空穴），则载流子在洛伦兹力作用下往哪侧聚集？这种聚集能否一直进行下去？若不能一直进行下去，请分析出达到最终稳定状态的条件。2、霍尔电压与霍尔系数试根据上述的分析推导出霍尔电压UH的表达式及霍尔系数RH例：如图所示，厚度为h、宽为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d，式中的比例系数k称为霍尔系数。设电流I是由电子的定向移动形成的，电子的平均定向移动速度为v，电荷量为e，回答下列问题： （1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势_下侧面A的电势。（填“高于”“低于”或“等于”） （2）电子所受的洛伦兹力的大小为_。 （3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为_。 （4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne，其中n代表导体板单位体积内电子的个数。二、速度选择器1、原理：如图所示，在两极板间存在着一磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场，现要使一质量为m，带电量为q（电性未知）的粒子以速度v0水平向右匀速通过该区域，我们可以在区域内添加一匀强电场（不计重力）（1）若q0，添加的匀强电场的大小和方向如何？（3）若在（1）、（2）问的基础上让粒子仍然以v0从区域右侧水平向左进入，问粒子能否直线运动？结论：例：如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场。一带电粒子a（不计重力）以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O点（图中未标出）穿出。若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b（不计重力）仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b（ ）A.穿出位置一定在O点下方B.穿出位置一定在O点上方C.在电场中运动时，电势能一定减小D.在电场中运动时，动能一定减小三、磁流体发电机1、原理我们知道，将气体加热到一定程度后会发生电离，形成所带电荷量均为q，且数量一样多的正、负离子气体，称之为等离子体。若等离子体以速度v喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示（1）等离子体以速度v进入磁场前是否形成电流？（2）等离子体进入磁场后受到洛伦兹力作用往哪侧聚集？（3）等离子体的这种聚集会不会一直进行下去？如果不，请分析达到稳定时的状态例：如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽为d、高为h，上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B，方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为的导电液体（有大量的正、负离子），且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率v0沿x轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变。（1）求开关闭合前， 两板间的电势差大小U0；（2）求开关闭合前后，管道两端压强差的变化P；（3）调整矩形管道的宽和高，但保持其它量和矩形管道的横截面积S=dh不变，求电阻R可获得的最大功率Pm及相应的宽高比d/h的值。四、电磁流量计1、原理在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强区域磁场，当管（直径为D）中的导电液体流过此磁场区域时，可以通过测出管壁上a、b两点间的电势差U得知管中液体的流量Q（单位时间内流过管道某横截面的液体的体积）.如图所示，请分析其测量原理.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.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.现于流量计所在处加磁感应强度B的匀强磁场，磁场方向垂直前后两面.当导电流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，不计电流表的内阻，则可求得流量为（）A.IB（bR+ca）B.IB（aR+bc）C.IB（cR+ab）D.IB（R+bca）