總結(jié)高中物理重要的電磁儀器

沈坤

摘要：電磁學(xué)作為物理學(xué)分支的一部分，在高中物理的教學(xué)中占有很重要的地位，一方面概念比較抽象，學(xué)生理解存在困難，另一方面和其他知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系較廣泛，可以和力學(xué)、電學(xué)等結(jié)合綜合考查學(xué)生的能力。而電磁儀器是電磁技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中重要的應(yīng)用，學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容不僅為以后學(xué)生學(xué)習(xí)復(fù)合場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)，而且對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)起到重要作用。在高考考綱中涉及諸如質(zhì)譜儀和回旋加速器內(nèi)容屬于Ⅰ級(jí)要求，即對(duì)所學(xué)知識(shí)要知道其內(nèi)容及含義，并能在有關(guān)問(wèn)題中識(shí)別和直接使用。根據(jù)本人的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)高考對(duì)電磁儀器內(nèi)容的要求，現(xiàn)對(duì)這部分知識(shí)點(diǎn)做一些總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高中物理；電磁；儀器

一、 速度選擇器（濾速器）

1. 功能：將一定速度帶電粒子選出。

2. 原理：已知運(yùn)動(dòng)方向相同而速率不同的粒子組成的粒子束射入相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向豎直向下，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里。若粒子軌跡不偏折（勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)），則滿(mǎn)足平衡條件：Bqv=Eq，推出v=EB，故將滿(mǎn)足該速度條件的粒子選出。

3. 特點(diǎn)：

二、 霍爾效應(yīng)

1. 定義：高為h寬為d的導(dǎo)體置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體板的上下表面之間產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)，此電壓稱(chēng)為霍爾電壓。

三、 磁流體發(fā)電機(jī)

1. 功能：將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能。

2. 原理：如圖所示將一束等離子體（正負(fù)離子）噴射入磁場(chǎng)，在洛倫茲力的作用下，正負(fù)離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)，兩極板聚積正負(fù)電荷而產(chǎn)生一個(gè)方向向下的靜電場(chǎng)。

設(shè)AB平行金屬板的面積為S，相距L，等離子氣體的電阻率為ρ，噴入氣體速度為v，板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)進(jìn)入其中的離子速度較大，即受到的洛倫茲力大于電場(chǎng)力，離子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，兩極板所帶電荷量繼續(xù)增加，電勢(shì)差不斷增大；當(dāng)粒子受力平衡時(shí)離子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，兩極板不再聚積電荷，電勢(shì)差達(dá)到最大值，即為發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)粒子受力滿(mǎn)足Bqv=Eq①由E=UL②則電源電動(dòng)勢(shì)ε=BLv，電源內(nèi)阻r=ρLS，R中的電流I=ε（R+r）=BLvR+ρLS=BLvSRS+ρL

當(dāng)外電路接通時(shí)，極板上帶的電荷量減少，電場(chǎng)強(qiáng)度減少，電場(chǎng)力小于洛倫茲力，進(jìn)入其中的正負(fù)離子又發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極板上的電荷量保持動(dòng)態(tài)平衡，電動(dòng)勢(shì)仍為原來(lái)值。

四、 電磁流量計(jì)

五、 質(zhì)譜儀

1. 功能：分析同位素，測(cè)定其質(zhì)量、比荷。

2. 構(gòu)造：①粒子源②加速電場(chǎng)U1③速度選擇器（BE）④偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)（B0）⑤照相底片

3. 原理：粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器，能夠射出的電荷速度v=EB①，后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0勻強(qiáng)磁場(chǎng)做直徑L的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由L=2R=2mvqB0②

由②得L=2mEqBB0推出qm=2EBB0lm=BB0Lq2E

六、 回旋加速器