以电磁学仪器复习高中电磁场中的场力和运动.docx

以电磁学仪器复****高中电磁场中的场力和运动.docx以电磁学仪器复****高中电磁场中的场力和运动
在普通高中课程标准实验教科书《物理》 “人教版选修 3- 1” 中，第一章学****静电场，前八节讲了电场中的力的性质、能的性
质及电容，第九节讲了带电粒子在电场中的运动即带电为 θ 时，安培力为
F=BILsin θ，安培力的方向用左手定则判断。
磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两级之间
的线圈。图 2 右图是线圈在磁场中受力情况的图示。 当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用。由左手定则可以判定，线圈左右两边所受的安培力的方向相反， 于是安装在轴上的线圈就要转
动。右图所示的磁场可以看出线圈所处的磁场都沿半径方向， 线圈在任何位置的磁感应强度的大小都相同， 故当电流确定时， 在转动的过程中，安培力大小是确定的。
线圈转动时，图 2 左图的螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。
电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。所以，从
线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。 若线圈有 N 匝，面积为 S，指针转过的角度为 θ，弹簧的扭转系数为 k，由力矩关系得
NBIS=kθ，由此可知电流和转过的角度成正比，即磁电式电流表刻度均匀。
线圈中的电流方向改变时， 安培力的方向随着改变， 指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
用电子显像管原理说明洛伦兹力和磁偏转
如图 3 所示，显像管中有一个阴极，工作时它能发射电子，荧光屏被电子束撞击就能发光。 可是，很细的一束电子在荧光屏
上只能使一个点发光， 而实际上要使整个荧光屏发光， 这就要靠磁场来使电子束偏转了。 若要使电子束在水平方向偏离中心， 打
在荧光屏上的 A 点，根据左手定则， 需要加竖直向上的磁场。 如果要使电子束打在 B 点，根据左手定则，需要加竖直向下的磁场。
如果要使电子束打在荧光屏上的位置由 B 点逐渐向 A 点移动，
偏转磁场方向先竖直向下， 后竖直向上，其大小先变小，后变大。
速度选择器模型说明电场和磁场的复合场特点
在人教版选修 3-1 书中第 98 页课后****题的第 3 题、第 4 题
涉及到速度选择器和磁流体发电机。 事实上速度选择器、 磁流体发电机、流量计、霍尔元件的原理模型都是速度选择器模型，即
电场和磁场的复合場。 我们先说明速度选择器的原理， 然后给出
余下三个仪器，并比较它们和速度选择器的异同。
如图 4 所示为一速度选择器的原理示意图， 内有一磁感应强
度为 B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度 v 水平射入，为使粒子流经过磁场时不偏转（不计重力） ，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场， 该匀强电场的方向是向上的。
在粒子运动的过程中， 洛伦兹力和电场力方向相反。 如果速度满足洛伦兹力和电场力平衡， 带电粒子做匀速直线运动。 若洛伦兹力大于电场力，带电粒子做减速运动；若洛伦兹力小于电场力，带电粒子做加速运动。
图 5、图 6、图 7 分别是磁流体发电机、流量计、霍尔元件的示意图， 这三种仪器均用到了速度选择器的原理。