磁场在生活科技中的应用

在科技领域，磁场发挥着重要作用。以江阴市青阳中学徐荣伟的研究为例，磁场在通电导线上的安培力应用广泛。例如，电流天平就是其中之一。这种天平能够测量匀强磁场的磁感应强度。具体来说，它的右臂悬挂着一个矩形线圈，该线圈具有9匝，水平边长为L。当线圈处于匀强磁场中时，磁感应强度B的方向与线圈平面成垂直关系。当电流I流经线圈时，通过调整砝码使两臂达到平衡状态。接着，将电流方向反转，电流强度保持不变。此时，需在左盘上添加质量为m的砝码，才能再次实现两臂的平衡。基于此，可推导出利用量n、m、L、I来计算磁感应强度B的表达式；另外，当满足特定条件时，磁感应强度B的值是多少？电流天平实验中，我们观察到A点的磁感应强度指向纸面内部，其数值为B；同样，C点的磁感应强度也指向纸面内部，其数值同样为B。

磁感应强度的方向与纸张表面成直角向外延伸，其数值为D。该装置为电流天平，其功能是测定匀强磁场的磁感应强度。天平的右侧臂下方悬挂着一个矩形线圈，该线圈由N匝组成，水平方向的边长为L。线圈的下部位于匀强磁场内，磁场的方向同样垂直于纸面。当电流I流经线圈，其方向如示意图所示，此时在天平的左右两侧各放置质量为m1和m2的砝码，天平保持平衡状态。若电流方向发生改变，但电流强度保持不变，则需在左侧额外添加一个质量为m的砝码，天平才能再次恢复平衡。据此可以推断，基于磁场对电流施加作用力的科学原理，人类成功研发了一种新型发射炮弹的设备——电磁炮。电磁炮被视为一种理想的军事武器，其基本工作原理如图所示。值得一提的是，1982年，澳大利亚国立大学成功制造出一种电磁炮，该炮能够发射直径为22厘米的弹体，其中包含金属杆。

将电磁炮的射速提升至10倍常规炮弹速度后，若轨道宽度为2米，长度达到100米，且通过电流为10安培，那么计算得出轨道间所需的匀强磁场磁感应强度数值是多少？同时开yun体育app入口登录，该磁场力所能达到的最大功率值又是多少？若要提升某型电磁炮的射速，从理论层面考虑，应如何着手？增强磁场强度、增加电流流量、扩大导轨间的距离、延长导轨的长度以及减轻炮弹的重量，均为提升炮弹出膛速度的可行途径。我国在超高速电磁炮的研究领域经过多年努力，现已进入研发的冲刺阶段，预计不久的将来，这款电磁炮将与我们见面。电磁炮的工作机制是通过电磁力的作用使弹头加速至每秒数十公里的超高速，这一速度远超传统武器。在右侧图中，我们可以看到电磁炮的构造图。图中展示了一个竖直向上的均匀磁场，其磁感应强度B达到50特斯拉。炮弹与金属支架被放置在宽度为L=0.40米的铜制导轨上。

该炮弹的总重量为0.20千克，铜制导轨的长度是10米，为了使炮弹射出的速度达到20公里每小时，需要通过炮弹与金属支架的电流是多少？在忽略所有摩擦阻力的情况下，电磁泵被广泛应用于原子反应堆中抽取液态金属以及在医疗设备中抽取血液等导电液体。因为这些导电液体不允许与传动的机械部件接触，电磁泵便成为首选。如图所示，电磁泵的结构是将导管置于磁场中，当导电液体中有电流通过时，液体便会受到驱动。接下来，有如下两个问题：（1）这种电磁泵的工作原理是什么？（2）假设导管内的横截面积为wh，磁场的宽度为L，磁感应强度为B（假设为匀强磁场），液体在磁场区域内的电流强度为I，如图所示，求由驱动力引起的压强差是多少？此外，磁场对运动电荷产生的洛伦兹力在速度选择器等应用中也有所体现。

在图示的平行板电容器内，电场E与磁场B成直角交叉。当不同速度的带电粒子进入此区域，其偏转程度各异。此装置能够筛选出特定速度的粒子，因而得名速度选择器。需证明带电粒子若具备一定速度，方能沿着图中所示之虚线轨迹顺利穿越该速度选择器。当Bqv等于qE时，带电粒子将沿直线匀速运动；若Bqv不等于qE，则粒子将发生偏转。选取速度为V=E/B的粒子，这一选择与粒子的电荷性质无关，也与质量无关（假设重力可忽略），仅与粒子的运动方向相关。在速度选择器的实验中，如图所示，两块相距d的平行金属板水平放置，当开关S闭合时，平行板电容器两板间将产生垂直于纸面的电场。

在向内的匀强磁场中，若一个带电粒子以水平速度v能够匀速穿过两板之间的空间，为了确保带电粒子继续以匀速通过，不考虑重力的影响，以下方法中正确的是：A. 将两板间的距离缩短至原来的一半，并将粒子的速度提升至原来的两倍；B. 将两板的距离加长至原来的两倍，并将板间的磁场强度增加到原来的两倍；C. 断开开关S，使两板的距离增加一倍，同时将板间的磁场强度减少至原来的一半；D. 断开开关S，将两板的距离缩短至原来的一半，并将粒子的速度降低至原来的一半。

总体上，电流呈中性垂直方向进入磁场，各个离子的运动速度固定开元棋官方正版下载，电荷量确定，在忽略两极间等效内阻的情况下，系统达到稳定状态时，A、B两板之间会形成电压。若将A、B板与用电器相连，它们便构成了直流电源的正负电极。那么，哪个极板的电势更高？此磁流体发电机的电动势数值是多少？假设外电路的电阻值为，那么该电路消耗的功率将是多少？在磁流体发电机的教学实践中，我们探讨了一种创新技术——磁流体发电。该技术能够将气体的内能直接转换成电能。具体来说，在课堂练习中，我们以一个示意图为例，展示了这一过程。图中，平行金属板A与B之间存在一个强大的匀强磁场，其磁感应强度被标记为B。我们将一束等离子体——即在高温下电离的气体，其中包含大量的正负带电粒子——垂直于磁场方向B喷射进入磁场。每个离子的速度为v，电荷量为q。金属板A和B之间的距离为d，且系统处于稳定状态。

在以下选项中，正确的说法为：A图中的A板代表电源的正极，B图中的B板代表电源的正极，电源的电动势等于B乘以vd，电源的电动势等于B乘以vq。电磁流量计的结构如图所示，它由非磁性材料制成的圆形管道构成，并在其外部施加了一个均匀的磁场。当导电液体流经管道的这一区域时，通过测量管壁上a、b两点之间的电动势，我们可以得知管道内液体的流量Q，即单位时间内通过管道横截面的液体体积（立方米每秒）。若管道的直径为D，磁场的磁感应强度为B，那么流量Q与电动势之间存在着怎样的关系呢？电磁流量计的教学实践中，我们学习了一种用于测定血管内血流速度的仪器原理，具体如图364所示。该仪器在动脉血管的两侧施加了均匀的磁场，同时在血管的上下两侧装置了电极，并连接了电压表。血管的直径设定为20。

磁感应强度达到0.80特斯拉，电压表记录的电压值为0.10伏特，据此可以计算出血流速度的大小，结果保留两位有效数字。在电磁流量计的课堂练习中，某制药厂污水处理站的管道内安装了一个由绝缘材料构成的流量计，其尺寸为长a、宽b、高c，两端敞开，并在垂直于上下底面的方向施加了磁感应强度为B的均匀磁场。流量计的前后两侧内侧装有金属板作为电极。当污水，其中含有大量不计重力的正负离子，从左至右流经该装置时，通过电压表显示的两个电极间的电压U，可以测定污水的流量Q，即单位时间内流出的污水体积。关于以下说法，正确的是：A选项，后外表的电势必定高于前外表的电势，这一现象与正负离子的数量无关；B选项，若假设污水中正负离子的数量相等，那么前后外表的电势差将为零；C选项，流量Q。

随着尺寸的增大，两个电极之间的电压U也会相应提升；污水中离子的数量增多，同样会导致两个电极间的电压U增加。电磁流量计在测量如污水等可导电流体在管道内流量方面得到了广泛应用。为了便于分析，我们假设流量计的横截面为一段长方形的管道，其内部空腔的长、宽、高分别用图中的a、b、c表示。流量计的进出口分别与输送流体的管道相连，图中以虚线标示。流量计的上下两面由金属材料构成，而前后两面则由绝缘材料制成。在流量计所处的位置施加一个磁感应强度为B的均匀磁场，磁场方向与前后两面垂直。当导电流体稳定通过流量计时，将流量计的上、下两外表分别连接至串联了电阻R的电流表两端，此时测得的电流值为I。假设流体的电阻率为ρ，且忽略电流表的内阻，那么我们可以根据这些数据计算出流量。

11、在目录中，我们可以看到质谱仪的构造包括带电粒子注入器、加速电场U、速度选择器E、B1偏转磁场以及B2照相底片。关于质谱仪的工作原理，它包括以下步骤：首先，带电粒子在加速电场的作用下获得能量；其次，它们通过速度选择器，以特定的速度前进；接着，带电粒子进入偏转磁场，其轨道直径d可由此计算得出；进而，我们可以根据d值求得比荷；最后，通过测定比荷，再结合电荷量q，我们可以得到粒子的质量。此外，质谱仪的速度选择器局部存在匀强电场，其场强E为1.2105V/m，磁场的磁感应强度为B1=0.6T，而偏转别离器的磁感应强度为B2。现在，我们需要求解的是：能通过速度选择器的粒子的速度是多少？质子和氘核在偏转局部碰撞后，在照相底片上形成的条纹间距d究竟是多少？质谱仪课堂练习中展示的装置图解，是用来测定带电粒子质量的，其中速度选择器，亦称作滤速器，它所处的场强E的方

在竖直向下的磁感应强度B1作用下，该方向垂直纸面向内，而别离器中的磁感应强度B2则垂直纸面向外。在S点，甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1方向入射至速度选择器。假设甲、乙、丙、丁的质量分别为m甲、m乙、m丙、m丁，且m甲等于m乙，m丙等于m丁，甲与乙的电荷量等于丙与丁的电荷量。在忽略重力影响的条件下，这些离子分别撞击到P1、P2、P3、P4四个点。质谱仪课堂练习所用的由中国提供的永磁体阿尔法磁谱仪原理图如下所示，该磁谱仪曾随航天飞机升空，未来将部署在阿尔法国际航空站，其主要任务之一便是探索宇宙中的反物质。反物质是由反粒子构成的，这些反粒子的质量与普通粒子一致，它们所携带的电荷量与普通粒子相当，但电荷的极性则恰好相反。以反质子为例，它就是这样的粒子。设想如果将一束质子、反质子、正粒子以及反粒子放在一起，会发生怎样的情况呢？

由子粒构成的射线穿过匀强磁场B2后，产生了四条轨迹，如图所示，那么反粒子的轨迹分别是A1、B2、C3和D4。关于盘旋加速器，以下问题需要探讨：1. 盘旋加速器中的D形盒有何作用？它的作用是进行静电屏蔽，确保带电粒子在圆周运动过程中仅受磁场影响，不受电场干扰，从而实现粒子的匀速圆周运动。2. 盘旋加速器中施加的交变电压频率f是多少？该频率f与带电粒子进行匀速圆周运动的频率相同。3. 盘旋加速器最终使粒子获得的能量是多少？这可以通过公式计算得出，在粒子电量、质量m和磁感应强度B一定的情况下，回旋加速器的半径R越大，粒子的能量也越高。4. 影响带电粒子在盘旋加速器内运动时间长短的因素有哪些？

带电粒子在盘旋加速器中运行的时间长度，不仅取决于其进行匀速圆周运动的周期，而且与粒子在磁场中旋转的圈数密切相关。假设粒子在磁场中旋转的圈数为n，加速器施加的电压为U。由于每次加速粒子会获得qU的能量，而每完成一圈运动粒子会经历两次加速过程。在盘旋加速度器课堂练习中，我们面对的回旋加速器的D形盒直径标记为D，其磁感应强度表示为B。对于被加速的带电粒子，其电荷量用q表示，质量则以m来度量。现在，我们需要推导出粒子的最大速度Vm、动能Ekm以及运动周期T的具体表达式。回旋加速器是一种用于加速带电粒子的设备，如图中所示。该设备的关键部分由两个D型金属盒构成，这两个盒体彼此靠近，并分别与高频交流电源相连。在两个盒体之间的狭缝处，会产生一个匀强电场，带电粒子每次穿越此狭缝时都会获得加速。此外，这两个盒体被放置在一个匀强磁场中，磁场的方向与盒底垂直。

带电粒子在磁场中沿圆形轨迹运动，当它们穿越两盒之间的狭窄缝隙时，会不断受到加速作用，直至达到最大的圆周半径，随后通过一个特殊的设备被导出。若以相同的回旋加速器对氚核及另一类粒子进行加速，并对比它们所需的高频交流电源周期以及所能达到的最大动能，则会发现：A.氚核所需的交流电源周期较长，且其最大动能亦较高；B.氚核所需的交流电源周期较长，但其最大动能相对较低；C.氚核所需的交流电源周期较短，且其最大动能亦较低；D.氚核所需的交流电源周期较短，但其最大动能相对较高。在回旋加速器课堂练习中，回旋加速器作为一种加速带电粒子的装置，旨在使粒子获得巨大的动能。其核心结构由两个D形金属扁盒组成，每个扁盒与一个高频交流电源的两极相连，如图所示。

为了在盒体间的狭隙中构建一个均匀的电场，需要确保高频交流电源的振荡周期与带电粒子在D形盒内的运动周期相匹配，从而确保粒子每次通过狭隙时都能获得能量提升。将两个盒子置于垂直于盒底面的匀强磁场中，磁感应强度记为B。离子源位于D形盒中心附近，若从离子源射出的粒子携带的电荷量为q，质量为m，其最大回转半径为R，其运动轨迹如图所示。现需求解：两盒子间所施加的交流电频率是多少？粒子离开回旋加速器时的动能是多少？假设两D形盒之间的电场电势差为U，狭隙间距为d，且电场均匀，粒子在电场中运动的时间为t电，粒子在磁场中运动的时间为t磁。2、要是

电子击中B点时，其偏转磁场应指向哪个方位？若电子从A点向B点缓慢移动，偏转磁场的调整应遵循何种规律？起初，磁场需垂直于纸面向外，随后逐渐减弱；接着，磁场需转向垂直于纸面向内，并随之逐渐增强。在电视机显像管的学习实践中，电子束的偏转是通过磁偏转技术来实现的。电子束在电压U的加速电场作用下获得能量，随后进入一个圆形的匀强磁场区域，如图所示。该磁场区域内的磁场线与圆面垂直，其中心点标记为O，半径长度为r。若未施加磁场，电子束将沿直线通过O点并击中屏幕中心M点。为使电子束能够击中屏幕的边缘P点，必须施加磁场，导致电子束发生偏转。在此情况下，所需的磁场磁感应强度B值应为多少？电视机的显像管相关练习解答已呈现，请返回至目录第七部分。在此部分，我们将探讨霍尔效应。霍尔效应是指在磁场的作用下，电流通过导体或半导体时，会在其侧面产生横向的电势差。

1879年，美国物理学家霍尔揭示了霍尔电压的存在，这是指在霍尔效应过程中所产生的一种电势差现象。图中导体两端面显现出电势差异，其形成过程如下：以载流子带正电为例，上端聚集了正电荷，而下端则聚集了负电荷。洛仑兹力促使载流子向横向移动，导致电荷的积累，进而使载流子发生漂移。洛仑兹力的大小与载流子的速度有关。由于电荷的累积，产生了静电场，即霍尔电场。电荷受到电力和洛仑兹力的共同作用，当两者达到平衡时，载流子停止漂移。因此，导体上下两端形成了电势差，该电势差即为霍尔系数。霍尔电阻可由电流强度的定义得出，与霍尔系数和霍尔电阻相关。在霍尔效应的课堂练习题1中，一块厚度为h、宽度为d的导体板置于垂直于其的匀强磁场B中，当电流通过导体板时，其上侧面A与下侧面A之间将产生电势差，这一现象即为霍尔效应。实验表明，当磁

当电场强度不够强劲时，电势差U、电流I与磁感应强度B之间存在一定的比例关系，该比例系数K被称为霍尔系数。霍尔效应可以这样解释：外部磁场产生的洛伦兹力导致电子在导体板的一侧聚集，而在另一侧则会出现过剩的正电荷，进而产生横向电场。该横向电场对电子施加的静电力方向与洛伦兹力相反，当两者达到平衡状态时，导体板的上、下两侧之间便形成了稳定的电势差。电流I是由电子的定向移动产生的，电子的平均移动速度为v，电荷量为e。针对以下问题进行回答：1. 达到稳定状态时，导体上侧面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大小为____；3. 当导体上、下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力大小为____。依据静电力与洛伦兹力达到平衡的原理开元ky888棋牌官方版，我们可以推导出霍尔系数K的值，其中n表示单位体积导体板内电子的数量。在霍尔效应的教学实践中，磁强计是通过霍尔效应来制作，用于测量磁感应强度B的设备。其工作原理如下：在导体上连接a、b、c、d四个电极，并将导体置于均匀磁场中，当在a、b之间通入电流I时，c、d之间将产生电势差U，通过测量U即可确定B的值。导体的宽度标识为d，厚度表示为L，单位体积中包含的自由电荷数量为n，单个自由电荷所携带的电荷量为q。在a、b两点之间施加电流I，当c、d两点间的电势差达到稳定状态并测得该电势差为U时，请依据上述条件推导出磁感应强度B的计算公式。感谢您的观看，祝您再见。