【摘要】電磁技術(shù)作為現(xiàn)代科技的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，為人類的生產(chǎn)生活帶來了極大便利．本文對帶電粒子在疊加場中運動的三個實例進行分析，總結(jié)規(guī)律，以期為讀者提供參考．

【關(guān)鍵詞】高中物理；疊加場；電磁流量計

帶電粒子，如電子、質(zhì)子等，在疊加場中運動時，會受到各種力的作用，這些力可以使帶電粒子加速、偏轉(zhuǎn)等．因此，對帶電粒子在疊加場中運動的研究具有重要的理論和實踐意義．

1 霍爾元件

例1 霍爾元件是一種重要的磁傳感器，利用霍爾元件將電壓表改裝為磁強計的原理如圖1所示，導(dǎo)電物質(zhì)為電子的長方體霍爾元件三邊長度分別為d1，d2，d3，放在與它垂直的的勻強磁場中．當恒定電流I（由電流表顯示）通過霍爾元件時，在它的前后兩個側(cè)面之間會產(chǎn)生霍爾電壓（由電壓表顯示），它的霍爾系數(shù)為k．通過電壓表示數(shù)可以計算出勻強磁場磁感應(yīng)強度B的大小，下列說法正確的是（ ）

（A）b是電壓表V“+”接線柱．

（B）電壓表V示數(shù)與磁感應(yīng)強度B的大小成反比．

（C）為提高磁強計的靈敏度，可適當減小d1．

（D）為提高磁強計的靈敏度，可將滑動變阻器R的觸頭P向右調(diào)節(jié)少許．

解析 導(dǎo)電物質(zhì)為電子，則根據(jù)左手定則判斷可知，電子偏向后側(cè)面，則b是電壓表V“—”接線柱，故（A）錯誤；設(shè)霍爾元件自由電荷的濃度為n，定向移動的速率為v，則有I=nqSv=ned1d3v，根據(jù)洛倫茲力等于電場力有Bev=Ud3e，可得U=BIned1，可知（B）錯誤；根據(jù)U=BIned1可知，適當減小d1可以提高磁強計的靈敏度，故（C）正確；將滑動變阻器R的觸頭P向右調(diào)節(jié)少許，則電流I減小，磁強計的靈敏度降低，故（D）錯誤．

分析 給霍爾元件中同上向左的電流時，所以后側(cè)面聚集了負電荷，前側(cè)面聚集了正電荷，后面進入霍爾元件的電子受到向里的洛倫茲力和向外的電場力，當二力平衡時，不再有電子聚集在前后兩側(cè)面，根據(jù)電壓表的示數(shù)可間接反映出磁感應(yīng)強度的大小．

2 電磁流量計

例2 電磁流量計可以測量截面為圓形的污水管內(nèi)污水流量，其簡化結(jié)構(gòu)如圖2所示，污水管直徑為 D，管壁絕緣，其左右兩側(cè)有一對電極a和b，通電線圈通有圖示方向電流，形成的磁場方向與污水管垂直，磁感應(yīng)強度大小為B，已知單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的流量．當污水如圖2所示的方向流過測量管時，穩(wěn)定工作后電壓表示數(shù)為U，則下列說法正確的是（ ）

（A）a點電勢高，b 點電勢低．

（B）a點電勢低，b點電勢高．

（C）該污水管的流量為πDU4B．

（D）該污水管的流量為πDU2B．

解析 根據(jù)右手螺旋定則，線圈在污水管區(qū)域形成的磁場方向向下，根據(jù)左手定則污水中正離子受力向左，負離子向右，所以 a 點電勢高，b 點電勢低，（A）正確，（B）錯誤；根據(jù)平衡條件UDq=Bqv，解得v=UBD，流量Q=πD22v，可得流量Q=πDU4B，（C）正確，（D）錯誤．

分析 污水在水管中流動穩(wěn)定后，粒子在磁場作用下聚集在管的左右兩臂而形成了由左向右的電場，在電場和磁場的共同作用下，粒子達到平衡狀態(tài)，可達到流量與電壓的關(guān)系，即可通過電壓表的示數(shù)反映出流量的大?。?/p>

3 磁流體發(fā)電機

例3 磁流體發(fā)電機相比于傳統(tǒng)發(fā)電機效率更高，其工作原理如下描述．如圖3所示，電阻率為ρ的高溫等離子氣體從長方體管道左端開口以速度v0噴入，從右端開口噴出，高溫等離子氣體由正、負離子組成，正、負離子的電荷量分別為+q，－q，長方體管道的長度數(shù)據(jù)分別為ab=l1，a′a=l2，ad=l3，abcd和a′b′c′d′兩個上下面是電阻可忽略的導(dǎo)體板，dcc′d′和abb′a′兩個前后面是絕緣體板，abcd和a′b′c′d′兩個導(dǎo)體板與電阻R相連．長方體管道處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于面abb′a′向外．若等離子氣體以不變的速度v0通過管道，以下說法正確的是（ ）

（A）開關(guān)S斷開時，a′b′c′d′和abcd間的電勢差為Bl2v0．

（B）開關(guān)S斷開時，a′b′c′d′的電勢低于abcd間的電勢．

（C）開關(guān)S閉合時，R中電流大小為Bl1l2l3v0l1l3R+ρl2．

（D）開關(guān)S閉合時，R的電功率大小為Bl1l2l3v0l1l2R+ρl32R．

解析 由左手定則可判斷正離子受到向下的洛倫茲力，所以正離子向下運動，負離子受到向上的洛倫茲力而向上運動，故發(fā)電機下導(dǎo)體電極為正極、上導(dǎo)體電極為負極，開關(guān)S斷開并且離子不再偏轉(zhuǎn)時有

qUl2=qv0B，a′b′c′d′和abcd間的電勢差為Bl2v0，所以（A）正確，（B）錯誤；開關(guān)S閉合時，回路中電流為I=Bl2v0R+r=Bl2v0R+ρl2l1l3=Bl1l2l3v0l1l3R+ρl2，所以（C）正確；開關(guān)S閉合時，R中產(chǎn)生的熱功率為P=I2R=Bl1l2l3v0l1l3R+ρl22R，所以（D）錯誤．

分析 開關(guān)斷開時，高溫等離子氣體從管道進入后會在上下兩個側(cè)面分別聚集負離子和正離子，當離子不再向上下兩個側(cè)面運動時，電場力和洛倫茲力相對，兩側(cè)面之間有了最大電勢差，當開關(guān)閉合時，這個電源就發(fā)揮到它的作用了．

4 結(jié)語

通過對三個實例的分析，可以更好地理解物理現(xiàn)象，開發(fā)新的技術(shù)，改進現(xiàn)有的設(shè)備．未來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，帶電粒子在疊加場中運動的研究和應(yīng)用將會更加廣泛和深入．

參考文獻：

[1]彭煥靈.帶電粒子在“疊加場”的運動分析[J].高中數(shù)理化，2011（16）：33-34.