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考点考点 3030 磁流体发电机磁流体发电机 磁流体发电机磁流体发电机 选修选修 3-13-1 第三章磁场的第五节运动电荷在磁场中受到的力第三章磁场的第五节运动电荷在磁场中受到的力 ★★★★★★ ○○○○○○ 1 1、磁流体发电机能够把高温气体中大量的正、负带电粒子通过磁场后分开，从而形成一个直流电、磁流体发电机能够把高温气体中大量的正、负带电粒子通过磁场后分开，从而形成一个直流电 源的装置。源的装置。 2 2、构造如图所示，左右是磁极，上下是两个电极板，形成的直流电对外输出。、构造如图所示，左右是磁极，上下是两个电极板，形成的直流电对外输出。 3 3、原理当高温等离子体进入磁场，由于等离子体是由大量的正、负带电粒子组成的，所以这些粒、原理当高温等离子体进入磁场，由于等离子体是由大量的正、负带电粒子组成的，所以这些粒 子会在磁场中会受到洛伦兹力，由左手定则可以判断出，带正电的粒子受到的洛伦兹力向下，带负电的粒子会在磁场中会受到洛伦兹力，由左手定则可以判断出，带正电的粒子受到的洛伦兹力向下，带负电的粒 子受到的洛伦兹力向上，故子受到的洛伦兹力向上，故 B B 极板就是电源的正极，极板就是电源的正极，A A 极板就是电源的负极，从而可以对外供电。极板就是电源的负极，从而可以对外供电。 当电源当电源 BABA 两极板对外供电稳定后，设两极板间的电压为两极板对外供电稳定后，设两极板间的电压为 U U，极板间距为，极板间距为 d d，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为 B B，， 则带电粒子再进入磁场后就不再发生偏转，而直接匀速直线运动射出，此进离子受平衡力的作用，即粒子则带电粒子再进入磁场后就不再发生偏转，而直接匀速直线运动射出，此进离子受平衡力的作用，即粒子 受到电场力等于洛伦兹力；故受到电场力等于洛伦兹力；故 E EqBqvqBqv，也就是，也就是 U qBqvqBqv，则磁流体发电机的电动势为，则磁流体发电机的电动势为 UBvdUBvd。。 d 1 1、电磁流量计测量管道中液体流量的装置。、电磁流量计测量管道中液体流量的装置。 （（1 1）结构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）结构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 管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的 abab 两点间的电动势两点间的电动势，就可以知道管中液体的流量，就可以知道管中液体的流量 Q Q 单位时间内流过液体的体积（单位时间内流过液体的体积（m /s）） 。已知管的直径为。已知管的直径为 D D，磁感应强度为，磁感应强度为 B B。。 1 3 （（2 2）原理）原理a a，，b b 两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。到两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。到 一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，a a，，b b 两点的电势差达到稳两点的电势差达到稳定值定值，此时，洛伦兹力和电场力，此时，洛伦兹力和电场力 平衡平衡qvB  qE，，E   D ，，v   DB ，圆管的横截面积，圆管的横截面积S  1D 。。 D2故流量 故流量Q  Sv  44B （（3 3）注意的问题）注意的问题 ①流量计是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是自行形成的，在分析其他问题时，①流量计是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是自行形成的，在分析其他问题时， 要注意这类情况的出现。要注意这类情况的出现。 ②联系宏观量②联系宏观量 I I 和微观量的电流表达式和微观量的电流表达式I  nevS是一个很有用的公式。是一个很有用的公式。 2 2、霍尔效应置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场方向会产、霍尔效应置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场方向会产 生一个附加的横向电场，如下左图所示，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于生一个附加的横向电场，如下左图所示，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于18791879 年发现的，后被称年发现的，后被称 为霍尔效应为霍尔效应. . （（1 1）原理由于导体板有电流，即有电荷的定向移动，故外部磁场的洛伦兹力会使运动的电荷聚焦）原理由于导体板有电流，即有电荷的定向移动，故外部磁场的洛伦兹力会使运动的电荷聚焦 在电体板的一侧，而另一侧会出现多余的异种电荷，所以与磁场垂直的两板上形成横向电场，横向电场对在电体板的一侧，而另一侧会出现多余的异种电荷，所以与磁场垂直的两板上形成横向电场，横向电场对 电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力；电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力；当静电力与洛伦兹力达到平衡时，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成导体板上下两侧之间就会形成 稳定的电势差。稳定的电势差。 ①如果导体板的自由电荷是带负电的电子，则由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力是向上的，故①如果导体板的自由电荷是带负电的电子，则由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力是向上的，故A A 板带负电，A′板带正电。板带负电，A′板带正电。 ②如果导体板的自由电荷是带正电的粒子，②如果导体板的自由电荷是带正电的粒子，则由左手定则可知，则由左手定则可知，带正电的粒子受到的洛伦兹力是向上带正电的粒子受到的洛伦兹力是向上 的，故的，故 A A 板带正电，A′板带负电。板带正电，A′板带负电。 （（2 2）公式推导如右图所示，厚度为）公式推导如右图所示，厚度为 h h、宽度为、宽度为 d d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B B 的匀强的匀强 磁场中磁场中, ,当电流通过导体板时当电流通过导体板时, ,在导体板的上侧面在导体板的上侧面 A A 和下侧面和下侧面 A′之间会产生电势差，A′之间会产生电势差， 设电势差的大小为设电势差的大小为 U U，， 则稳定时则稳定时F F 洛洛F F 电电，故 ，故 BqvBqv UIIB1 IB q q，再根据，再根据 InesvInesv 可知，可知，UBhvUBhvBhBh k k；式中的；式中的 dhnehdned 2 比例系数比例系数 k k 称为霍尔系数，称为霍尔系数，kk 1 。。 ne 例例 （（20202020 学年湖北省天门等市高二下期末）磁流体发电是一项新兴技术．如图所示，平行金属板之学年湖北省天门等市高二下期末）磁流体发电是一项新兴技术．如图所示，平行金属板之 间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场．图中虚线间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场．图中虚线 框部分相当于发电机．把两个极板与用电器相连，则框部分相当于发电机．把两个极板与用电器相连，则 A A．用电器中的负电荷运动方向从．