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如图所示,是磁流体动力发电机的工作原理图. 一个水平放置的上下、前后封闭的矩形塑...

如图所示,是磁流体动力发电机的工作原理图. 一个水平放置的上下、前后封闭的矩形塑料管,其宽度为a,高度为b,其内充满电阻率为ρ的水银,由涡轮机产生的压强差p使得这个流体具有恒定的流速v.管道的前后两个侧面上各有长为L的由铜组成的面,实际流体的运动非常复杂,为简化起见作如下假设:
a.尽管流体有粘滞性,但整个横截面上的速度均匀;
b.流体的速度总是与作用在其上的合外力成正比;
c.导体的电阻:R=ρl/S,其中ρ、l和S分别为导体的电阻率、长度和横截面积;
d.流体不可压缩.
若由铜组成的前后两个侧面外部短路,一个竖直向上的匀强磁场只加在这两个铜面之间的区域,磁感强度为B(如图).
(1)写出加磁场后,两个铜面之间区域的电阻R的表达式
(2)加磁场后,假设新的稳定速度为v,写出流体所受的磁场力F与v关系式,指出F的方向
(3)写出加磁场后流体新的稳定速度v的表达式(用v、p、L、B、ρ表示);
(4)为使速度增加到原来的值v,涡轮机的功率必须增加,写出功率增加量的表达式(用v、a、b、L、B和ρ表示).

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(1)根据电阻定律求出两个铜面之间区域的电阻R的表达式. (2)结合安培力的大小公式,以及求出磁场力F与v关系式.根据左手定则得出磁场力的方向. (3)不加磁场时,压力差等于kv,施加磁场时,压力差与安培力的合力等于kv,根据这两个关系求出新的稳定速度v的表达式. (4)功率的增加量等于压力差功率的增加量,根据压力差的变化求出功率增加量的表达式. 【解析】 (1)根据电阻定律得,R=, (2)∵FA=BIa, . 再利用(1)的结论,可推得 ∴. 力FA的方向与流速v的方向反向. (3)不加磁场时:pab=kv. 加磁场时:pab-FA=kv. 由上面二式,得. 再利用(2)的结论,可推得 . (4)∵△P=P2-P1,P1=pabv,P2=p′abv, ∴△P=(p′ab-pab)v. ∵p′ab-FA′=kv,pab=kv, ∴△P=FA′v. ∵. ∴. 答:(1)两个铜面之间区域的电阻R的表达式R=. (2)流体所受的磁场力F与v关系式,力FA的方向与流速v的方向反向. (3)加磁场后流体新的稳定速度v的表达式. (4)功率增加量的表达式.
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考点分析:
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(1)分别指出小球A带Q1、Q2的电荷时电量的正负;
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(3)当小球A带Q3的电量时细线恰好断裂,在此瞬间B、C两带电小球的加速度大小为a,求Q3
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m/kgT/s
0.100.14
0.200.20
0.400.28
0.600.35
0.800.40
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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