常用的电磁仪器

常用的电磁仪器（一）

1． 速度选择器

(1) 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，所以叫做速度选择器．

E(2) 带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝. B

（3）速度选择器的特点：

① 任意两个相互垂直匀强电场和匀强磁场都能构成一个速度选择器（不计重力）

② 速度选择器有固定的入口和出口

③ 速度的选择与电性无关

2．质谱仪 (1) 原理图：如图所示．

(2) 加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得： 1mv2 2

(3) 偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，

mv2洛伦兹力提供向心力：qvB＝ r

(4)

1由r＝可知电荷量相同时，半径将随质量变化． Bq

(5) 3． 磁流体发电机

(1) 磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能．

(2) 根据左手定则，如图中的B是发电机正极．

(3) 磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为v，磁场 U的磁感应强度为B，则由qE＝＝qvB得两极板间能达到的 L

最大电势差U＝BLv.

4．回旋加速器 (1) 构造图：如图所示．回旋加速器的核心部件

是两个D形盒．

(2) 原理 回旋加速器有两个铜质的D形盒D1、D2，其间留有一空隙，加以加速电压，离子源处在中心O附近，匀强磁场垂直于D形盒表面．粒子在两盒空间的匀强磁场中，做匀速圆周运动，在两盒间的空隙中，被电场加速．如果交变电场的周期与粒子在磁场中的运动周期相同，粒子在空隙中总被加速，半径r 逐渐增大，达到预定速率后，用静电偏转极将高能粒子引出D形盒用于科学研究．

(3) 用途 医药等行业得到广泛应用．

5． 电磁流量计工作原理：

如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在

管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)，在洛伦兹力

的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷

所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持 稳定，

UUπd2UπdU即：qvB＝qE＝q，所以v＝，因此液体流量Q＝Sv＝＝ dBd4Bd4B

6．霍尔效应

将导体放在沿

x

方向的匀强磁场中，并通有沿

y方向的电流时，在导体的上下两侧面间会出现电势差，这个现象称为霍尔效应。利用霍尔效应的原理可以制造磁强计，测量磁场的磁感应强度。 1

E1．如图所示是粒子速度选择器的原理示意图，如果粒子所具有的速率v＝，那么 ( AC ) B

A．带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过

B．带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过

C．不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过

D．不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过

2．在方向如图所示的匀强电场（场强为E）和匀强磁场（磁感应强度为B）

共存的场区，一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度v0 射入场区，则（ BC ）

A．若v0 ＞E/B，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v＞v0

B．若v0 ＞E/B，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v＜v0

C．若v0 ＜E/B，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v＞v0

D．若v0 ＜E/B，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v＜v0

3．质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图

所示．离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN间的加速电压U

加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点．

设P到S1的距离为x，则 （ BD ）

A．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小

B．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大

C．只要x相同，对应的离子质量一定相同

D．只要x相同，对应的离子的比荷一定相等

4．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台

加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，则下列有关说法正

确的是 ( BD )

A．离子做圆周运动的周期随半径的增大而增大

B．离子做圆周运动的周期与高频交变电压的周期相同

C．离子从磁场中获得能量 D．离子从电场中获得能量

14H)或α粒子(2He)等带电粒子贮存在圆环状空腔中，圆环状空腔置5．由于科学研究的需要，常常将质子p(1

于一个与圆环平面垂直的匀强磁场中。如果质子p或α粒子在空腔中做圆周运动的轨迹相同（如图中虚线所示），磁场也相同，比较质子p和α粒子在圆环状空腔中运动

的动能Ekp和Ekα及周期Tp和Tα的大小，有( D )

A．Ekp≠Ekα，Tp≠Tα

B．Ekp＝Ekα，Tp＝Tα

C．Ekp≠Ekα，Tp＝Tα

D．Ekp＝Ekα，Tp≠Tα

6．如图所示是磁流体发电机的原理示意图，金属板M、N正对平行放置，

且板面垂直于纸面，在两极板之间接有电阻R.在极板间有垂直于纸面向

里的匀强磁场．当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向

右进入极板时，下列说法中正确的是( BD )

A．N板的电势高于M板的电势 B．M板的电势高于N板的电势

C．R中有由b向a方向的电流 D．R中有由a向b方向的电流

7．如图所示，是磁流体发电机的示意图，两极板间的匀强磁场的磁感应

强度B＝0.5 T，极板间距d＝20 cm，如果要求该发电机的输出电压U＝

20 V，则离子的速率为多大？

UU解析：q＝qvB，得v＝，代入数据得v＝200 m/s。 dBd

8．如图所示是电磁流量计的示意图。在非磁性材料做成的圆管道外加

一匀强磁场区域，当管中的导电流体流过此磁场区域时，测出管壁上

的ab两点间的电压U ，就可以知道液体的流量Q（单位时间内流过

液体的体积）。已知管的直径为D，磁感强度为B，试推出Q与U的

关系表达式。

解析：Q=

DU。

4B2

常用的电磁仪器（二）

1．在回旋加速器中 ( AC )

A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋

B．电场和磁场同时用来加速带电粒子

C．在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大

D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关．

2．经过回旋加速器加速后，带电粒子获得的动能 ( BC )

A．与D形盒的半径无关 B．与高频电源的电压无关

C．与两D形盒间的缝隙宽度无关 D．与匀强磁场的磁感应强度无关

3．如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子从狭缝S射入磁感应强度

为B2的匀强磁场中，偏转后出现的轨迹半径之比为R1∶R2＝1∶2，则下

列说法正确的是 ( D )

A．离子的速度之比为1∶2

B．离子的电荷量之比为1∶2

C．离子的质量之比为1∶2 D．以上说法都不对

4．如图所示，两个平行金属板M、N间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区，电场方向由M板指向N板，磁场方向垂直纸面向里，OO′为到两极板距离相等的平行两板的直线．一质量为m，带电荷量为＋q的带电粒子，以速度v0从O点射入，沿OO′方向匀速通过场区，不计

带电粒子的重力，则以下说法正确的是( ABC )

A．带电荷量为－q的粒子以v0从O点沿OO′方向射入

仍能匀速通过场区

B．带电荷量为2q的粒子以v0从O点沿OO′射入仍能

匀速通过场区

C．保持电场强度和磁感应强度大小不变，方向均与原来相反，粒子以v0从

O点沿OO′射入，则粒子仍能匀速通过场区

D．粒子仍以速度v0从右侧的O′点沿OO′方向射入，粒子仍能匀速通过场区

5．如图所示，有A、B、C、D四个离子，它们带等量的同种电荷，质量关系mA=mB

进入B2磁场，由此可以判断（ D ）

A．离子应带负电

B．进入B2磁场的离子是C、D离子

C．到达b位置的是C离子

D．到达a位置的是C离子

6．如图将金属导体放在沿x正方向的匀强磁场中，导体中通有沿y正

方向的电流时，在导体的上下两侧面间会出现电势差，这个现象称为霍

尔效应．关于金属导体上下两侧电势高低判断正确的是（ A ）

A．上高下低

B．下高上低

C．上下一样

D．无法判断

7．磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景，其发电原理示意图如图所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域由两块面积为S、相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路．设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为ρ，则( D )

A．两板间的电势差为U＝Bdv

B．下板是电源的正极，上板是电源的负极

BdvC．流经R的电流为I＝ R

BdvSρD．流经R的电流为I＝ ρSR＋d

3

8．一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，

垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连。

下列说法正确的是 ( A )

A．质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大

B．质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大

C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值

D．不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子

9．回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，

通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置

被引出．如果用同一回旋加速器分别加速氚核(13H)和α粒子(24He)，比较它

们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有 ( B )

A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大

B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小

C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小

D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大

10．如图所示，长方体发电导管的前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，两极间距为d，极板面积为S，这两个电极与可变电阻R相连。在垂直前后侧面的方向上，有一匀强磁场，磁感应强度大小为B。发电导管内有电阻率为ρ的高温电离气体，气体以速度v向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体，受到磁场的作用，将产生大小不变的电动势。

若不计气体流动时的阻力，由以上条件可推导出可变电阻消耗的电功 vBdS2)R。调节可变电阻的阻值，根据上面的公式或你所 率P=RS+ρd

学过的物理知识，可求得可变电阻R消耗电功率的最大值为（ B ）

v2B2dSv2B2dSv2B2dSv2B2dSA． B． C． D． 3ρ4ρ5ρ6ρ

11．质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2.今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动．求：

(1)粒子的速度v为多少？ (2)速度选择器的电压U2为多少？

(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？

解析： (1)在a中，e被加速电场U

加速，由动能定理有

（3）

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