X03-KD04《磁学仪器》TYK2015

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1、X03-KD05磁学仪器TYK201621一、基本知识1、安培力的应用（1）磁电式电流表（电压表） 蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布的（图 2 ) ，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁力线平行，因此碰场使线圈偏转的力偶矩 M1不随偏角而改变另一方面，线圈的偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产主一个阻碍线圈偏转的力矩M2线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩M2也越大。到M1跟M2平衡时，线圈就停在某一偏角上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。电流表的构造如图 l 所示。在很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的图柱形铁心，铁心外面套一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框

2、的转轴上装有两个螺旋弹簧（游丝）和一个指针。线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧通入线圈的。设电流表通电线圈的匝数为N，则线圈受到的力偶矩M1=NBIS，由于NBS 为定值所以 M1与电流强度I成正比。设 k1=NBS ，则M1= k1I 。另一方面，弹黄产生的力矩M2跟偏角成正比，即M2=k2，其中k2是一个比例恒量M1和M2平衡时，k1I=k2，即=kI，其中 k= k1/ k2 也是一个恒量。可见，测量时指针偏转的角度跟电流强度I成正比，这就是说，这种电流计的刻度是均匀的：这种利用永久磁铁来使通电线圈偏转的仪表叫做磁电式仪表。这种仪表的优点是刻度均匀，准确度高，

3、灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是价格较贵，对过载很敏感，如果通入的电流超过允许值，就很容易把它浇掉，使用时要特别注意。窗体底端（2）电磁泵电磁泵是利用液体导电时受到向上的安培力把液体抽上来的图中盒中电流向下流动，由左手定则可知电流受的安培力向左，管中液体就向左被抽出，竖直管中的液体在大气压力下向上运动。（3）电流天平 如图所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度,他的右臂挂着矩形线圈,匝数n , 线圈的水平边长为L , 处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直,当线圈中通过电流I时,调节砝码使两臂达到平衡,然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能时

4、两臂再达到新的平衡,用已知量和可测量n、m、L、I就可以计算出B的大小2、电场磁场同区域应用（4）速度选择器原理图如图所示，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带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE = qv0B，即v0 = （5）磁流体发电机原理图如图所示，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根据左手定则，如图中的B是发电机 极磁流体发电机两极板间的距离为l，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U = 电源电阻r = l/S，外电阻R中的电流可由闭合电路欧姆定律求出，即I =

5、 E/(R + r) = BlvS/(RS +l)（6）测速仪、电磁流量计原理图如图所示，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，即：qvB = qE = qU/D，所以v = ，因此液体流量所以Q = vS = （7）霍尔效应原理图如图所示，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差当达到稳

6、定状态时，都存在电场力和洛伦兹力平衡的关系，即qU/d = qvB，霍尔电势差U = 3、电场磁场不同区域应用(8)质谱仪： 构造：如图所示，由粒子源、加速电场、 和照相底片等构成 原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU = mv2/2；粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB = mv2/r；由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷；r = 、m = 、=(9) 回旋加速器： 构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源D形盒处于 磁场中 原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期 ，粒子在圆周

7、运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由qvB = mv2/R，得Ekm = ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒 决定，与加速 无关 （10）电视机显像管电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。 论s （10）的匝数为，被测电流就是经过这两个弹簧通入线圈的： 电子枪电子枪的功能是发射电子、控制电子流，并将电子束聚焦、加速后打到荧光屏上形成细小的光点。黑白显像管通常采用单电位电子枪，由热阴极发射电子，控制极控制发射电流

8、的大小。电子经1216千伏的阴极电压聚焦加速后轰击荧光屏，在荧光屏上产生随视频信号的强弱而调制的光斑。偏转系统显像管普遍采用磁偏转系统。磁偏转系统包括两组互相垂直的线圈，一组线圈有扫描电流流过时电子束产生水平方向偏转，另一组线圈有电流流过时电子束的水平扫描线逐渐自上而下地移动。在逐行扫描制中，水平扫描的周期为垂直扫描的1/625；在隔行扫描制中，则为2/625。二、考点例题（1）磁电式电流表（电压表）（2）电磁泵（3）电流天平（4）速度选择器（5）磁流体发电机（6）测速仪、电磁流量计（7）霍尔效应(8) 质谱仪：(9) 回旋加速器： （10）电视机显像管（一）电流表T1-KSP62T11T2-