摘要：带电粒子在电磁场中的运动规律是高考的热点，有利于考查学生对知识的理解能力和应用能力，也体现了物理知识在科学技术中的广泛应用，掌握这几种常见仪器的原理，对我们的学习是很有帮助的。
关键词：与电磁场有关 仪器 速度选择器 质谱仪
1.速度选择器
如图所示，平行板电容器中，电场E和磁场B相互垂直，如果电荷q具有适当的速度垂直于场强方向进入两板之间，粒子所受的电场力F和洛仑兹力f平衡，粒子将沿直线穿过两板的空间而不发生偏转。这种仪器能把唯一速度的粒子选择出来，即为速度选择器。
（1）粒子进入速度选择器的受力特点：电场力F和洛仑兹力f方向相反。
（2）选择速度的条件
从力的角度理解：电场力F和洛仑兹力f平衡，qE=qvB；
从速度的角度理解：
从功能的角度理解：电场力F和洛仑兹力f对粒子均不做功。
（3）使粒子匀速通过速度选择器的两种途径：
当粒子的速度v一定时，调节E和B的大小；当E和B一定时，能使一定速度的粒子通过选择器。
（4）为了保证电场力F和洛仑兹力f方向始终相反，应将v、E、B三者中任意两个量的方向同时改变，但不能同时改变三个方向或改变任意一个方向，否则将破坏速度选择的功能。
2.磁流体发电机
如图所示，将一束等离子体喷射入磁场，磁场中有两块金属板，正负离子分别向两极板聚集，产生电势差，同时粒子受方向相反的洛仑兹力f和电场力F作用，当f>F时，离子偏转，当f=F时，离子匀速穿过磁场，两极板间电势差达到最大值即为电动势。
（1）力学原理：带正、负电荷的运动离子在磁场中受洛仑兹力作用发生偏转，在Ａ、Ｂ板上聚集后形成电势差。
（2）电动势的计算：设两极板间距为d，两板间电势差达到最大条件为：f=F，
则此时有： 所以电动势E=Bdv。
（3）从能量观点理解是：把气体的内能直接转化为电能。
3. 质谱仪
质谱仪是一种测定带电粒子质量、荷质比和分析同位素的重要工具，构造原理如图所示，离子源S产生质量为m，电量为q的正离子，离子产生出来的速度很小，可以视作静止的，经S 和S 间的电压U加速，进入磁感应强度为B的匀强磁场中，沿半圆运动到达记录它的照相底片P上，测得它在P上的位置到入口S 的距离d，则可计算荷质比和质量。
（1）基本原理：带电粒子在电场中的加速和在磁场中的圆周运动。
（2）基本规律
（3）可分析的物理量
（4）分析同位素：根据带电粒子的比荷可知， 与粒子打在照相底片上距离d的平方倒数成正比，即 。则不同比荷的同位素离子打在核乳胶片上的位置不同，所以根据底片上谱线的条数和强弱，就可以确定同位素的种数和含量的多少。
4.回旋加速器
回旋加速器的核心部分是两个D形的金属盒。这两个D形盒就像是沿着直径把一个圆形的金属扁盒切成的两半。两个D形盒之间留有一个窄缝，在中心附近放有粒子源。D形盒装在真空容器中，整个装置放在电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于D形盒的底面。把两个D形盒分别接在高频电源的两极上，如果高频电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期相同，带电粒子就可以像图示那样被加速了。带电粒子在D形盒内沿螺旋线轨道逐渐趋于盒的边缘，达到预期的速率后，用特殊装置把它们引出。
（1）基本知识应用：带电粒子在电场中的加速和在磁场中的圆周运动。
（2）基本原理：带电粒子在做圆周运动时，其周期与速度和半径无关，每一周期被加速两次，每次加速获得能量为qu，经过若干次加速后获得较大能量。
5.电磁流量计
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ab两点间的电动势为E，就可以知道管中液体的流量Q（单位时间内流过液体的体积m /s）。已知管的直径为d，磁感应强度为B，试推导出q与E的关系表达式。
分析：导电液体中的自由电荷受洛仑兹力与电场力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定：
6.霍尔效应与磁强计
如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于磁感强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A’之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为U=k，式中的比例系数k称为霍尔系数。
霍尔效应的解释：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
磁强计如图所示，应用霍尔效应来测量磁感强度的仪器，一块导体接上a、b、c、d四个电极，将导体放在匀强磁场中，ab间通以电流I，cd间就会出现电势差U，就可以测得B=，n为导体单位体积内自由电荷数，q为自由电荷的电量。
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