高中物理 磁流体发电机同步练习（含解析）新人教版选修3.docVIP

磁流体发电机1目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)沿如图所示方向射入磁场，磁场中有两块金属板a、b，这时金属板上就聚集了电荷在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是 ( )aa板带正电b有电流从b经用电器流向ac金属板a、b间的电场方向向下d等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受静电力2磁流体发电是一项新兴技术如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场图中虚线框部分相当于发电机把两个极板与用电器相连，则（ ）a用电器中的电流方向从a到bb用电器中的电流方向从b到ac若只增强磁场，发电机的电动势增大d若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增小3磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图平行金属板a、b之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为b，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）垂直于b的方向喷入磁场，每个离子的速度为v，电荷量大小为q，a、b两板间距为d，稳定时下列说法中正确的是（ ）a图中a板是电源的正极b图中b板是电源的正极c电源的电动势为bvdd电源的电动势为bvq4磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图平行金属板a、b之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为b，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）垂直于b的方向喷入磁场，每个离子的速度为v，电荷量大小为q，a、b两板间距为d，稳定时下列说法中正确的是（ ）a图中a板是电源的正极 b图中b板是电源的正极c电源的电动势为bvd d电源的电动势为bvq5如图，表示磁流体发电机的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性）沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板a、b，这时金属板上就聚集了电荷，在磁极配置如图中所示的情况下，下述说法正确的是：（ ）a、a板带正电 b、有电流从b经用电阻流向ac、金属板a、b间的电场方向向下d、等离子体发生偏转的原因是离子所受电场力大于所受洛伦兹力6目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能如图10所示为它的发电原理图将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，从整体上来说呈电中性)喷射入磁感应强度为b的匀强磁场，磁场中有两块面积s，相距为d的平行金属板与外电阻r相连构成一电路设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g，则流过外电阻r的电流强度i及电流方向为()ai， arb bi，braci，bra di，arb7磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，则a用电器中的电流方向从a到bb用电器中的电流方向从b到ac若只增强磁场，发电机的电动势增大d若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大8 目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图所示表示出了它的原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，而从整体来说呈中性）喷射入磁场，磁场中有两块金属a、b，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体的初速度为v，两金属板的板长（沿初速度方向）为l，板间距离为d，金属板的正对面积为s，匀强磁场的磁感应强度为b，方向垂直于离子初速度方向，负载电阻为r，电离气体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表的示数为i。那么板间电离气体的电阻率为：a. b. c. d. 9(2分)如图所示是等离子体发电机的示意图，磁感应强度为b,两极板间距离为d，要使输出电压为u，则等离子体的速度v为 ，a是电源的 (正、负极)10磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能。下图是磁流体发电机的装置：a、b组成一对平行电极，两极间距为d，内有磁感应强度为b的匀强磁场，现持续将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而整体呈中性）垂直喷射入磁场，每个离子的速度为v，电量大小为q，两极之间的等效内阻为r，稳定时，磁流体发电机的电动势e_，设外电路电阻为r，则r上消耗的功率p_。11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v0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=ls，其中、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v0、p、l、b、表示）；(4)为使速度增加到原来的值v0，涡轮机的功率必须增加，写出功率增加量的表达式（用v0、a、b、l、b和表示）。12法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究，实验装置的示意图可用题23图表示，两块面积均为s的举行金属板，平行、正对、数值地全部浸在河水中，间距为d。水流速度处处相同，大小为v,方向水平，金属板与水流方向平行。地磁场磁感应强度的竖直分别为b,说的电阻率为p，水面上方有一阻值为r的电阻通过绝缘导线和电键k连接到两个金属板上，忽略边缘效应，求：该发电装置的电动势；通过电阻r的电流强度。电阻r消耗的电功率。13(19分)在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极e、f、m、n，它就成了一个霍尔元件(如图)，在e、f间通人恒定的电流i，同时外加与薄片垂直的磁场b，在m、n间出现了电压uh，称为霍尔电压。（1）电流和磁场方向如图中所示，载流子是电子，m、n两端中哪端电势较高?（2）试证明： ，k为与材料有关的常量。（3）为了提高霍尔元件的灵敏度，可采用哪些方法?评卷人得分七、综合题14如图是磁流体发电机原理示意图设平行金属板间距为d，发电通道长为a、宽为b，其间有匀强磁场，磁感应强度为b，导电流体的流速为v，电阻率为，负载电阻为r，导电流体从一侧沿垂直磁场且与极板平行方向射入极板间，求：（1）该发电机产生的电动势； （2）负载r上的电流i；（3）求磁流体发电机总功率p； （4）为了使导电流体以恒定的速度v通过磁场，发电通道两端需保持一定的压强差p。试计算p。15目前世界上正在研究的一种新型发电机叫做磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能如图4-10表示出了它的发电原理，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，从整体来说呈中性），喷射入磁场，磁场中有两块金属板a、b，这时金属板就会聚集电荷，产生电压图4-10（1）说明金属板上为什么会聚集电荷?（2）设磁场为匀强磁场，方向如图4-10，磁感应强度为b，等离子体喷射入磁场时速度为v，方向与磁场方向垂直，极板间距离为d，试求极板间最大电压图1-8是磁流体发电机工作原理图。磁流体发电机由燃烧室（o）、发电通道（e）和偏转磁场（b）组成。在2500k以上的高温下，燃料与氧化剂在燃烧室混合、燃烧后，电离为正负离子（即等离子体），并以每秒几百米的高速喷入磁场，在洛仑兹力的作用下，正负离子分别向上、下极板偏转，两极板因聚积正负电荷而产生静电场。这时等离子体同时受到方向相反的洛仑兹力（）与电场力（f）的作用，当f=时，离子匀速穿过磁场，两极板电势差达到最大值，即为电源的电动势。设两板间距为d，板间磁场的磁感强度为b，等离子体速度为，负载电阻为r，电源内阻不计，通道截面是边长为d的正方形，试求：17（1）磁流体发电机的电动势？18（2）发电通道两端的压强差？参考答案1bd【解析】试题分析：当带有大量带电粒子的等离子体进入磁场，利用左手定则,正电荷在洛伦兹力作用下向b偏转，负电荷向a偏转。因此b极板带正电，a错误；通过电阻r的电流为b向a，b正确；a、b板间的电场方向从b到a，向上，c错误；等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受静电力，d正确。考点：左手定则、磁流体发电机的原理2ac【解析】试题分析：等离子体喷入磁场后，受洛伦兹力作用，正离子打在上极板，带正电，负离子打在下极板，带负电，用电器中电流方向从a到b，a正确，b错误；当等离子体在磁场和电场中时，电场强度，此时电动势最大，最大值，所以若只增强磁场或若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势均会增大，c正确、d错误。考点：磁流体发电机3bc【解析】试题分析：等离子体进入磁场后，根据左手定则，知正离子向下偏，负离子向上偏所以b板带正电，a板带负电最终离子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有：电动势e=u=bvd故b、c正确，a、d错误考点：磁流体发电机。4bc【解析】试题分析：由左手定则知,正离子受洛伦兹力的方向向下,向b板偏转,负离子受洛伦兹力的方向向上,向a板偏转,故b板是发电机的正极.当外电路断开 时,正、负离子在洛伦兹力的作用下分别积累在b板和a板上,在a、b之间形成竖直向上的电场,电荷积累越多,两板电压越大,场强也越大,直到qe=qvb 时,即e=vb时,等离子体做匀速直线运动,此时两极板之间的电压u=ed=bdv,这就是该发电机的电动势.故选bc考点：霍尔效应及其应用点评：解决本题的关键会根据左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道最终离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡5b【解析】试题分析：当带有大量带电粒子的等离子体进入磁场，利用左手定则则正电荷洛伦兹力作用下向b偏转，负电荷向a偏转。因此通过电阻r的电流为b向a。根据以上分析b正确。考点：左手定则、速度选择器原理点评：此类题型实际上为速度选择器原理的应用以及原理。在判断时应结合左手定则判断正负离子的偏转方向，然后才能判断出两板电势高低即外电路电流方向。6d【解析】试题分析：根据左手定则，正电荷会在洛伦兹力下向上偏转，负电荷会向下偏转，电容器会形成附加电场，即，当电荷聚集越来越多时，加速度会越来越小，当a=0时，电荷不在偏转，电势差稳定。当电荷中和后，ab电势差变小，带电粒子重新偏转，维持两端电势差恒定即（维持a=0条件）。电荷中和时，电流为arb方向，所以bc错误。根据分析稳定电势差,根据电阻定律则，根据闭合电路欧姆定律则，所以d正确。考点：闭合电路欧姆定律、电阻定律、速度选择器、左手定则点评：此类题型考察了带电粒子在平行板电容器中的受力情况，通过动态分析确定电荷偏转后的条件，从而确定电路中电流的大小。7acd【解析】试题分析：ab、等离子体喷入磁场后，受洛伦兹力作用，正离子打在上极板，带正电，负离子打在下极板，带负电，用电器中电流方向从a到b；a正确b错误cd、当等离子体在磁场和电场中时，电场强度，此时电动势最大，最大值，所以若只增强磁场或若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势均会增大；正确故选acd考点：磁流体发电机点评：磁流体发电机的电动势为电压最大值，此时离子在两极板间做匀速直线运动，可由求得电动势8a【解析】带电微粒在磁场中运动，相当于长度为d的导体棒切割磁感线，产生的感应电动势为bdv，则总电阻为,所以板间电阻：，电流方向从上到下，根据电阻定律，可得，故应该选a9；正。【解析】试题分析：离子体在磁场中受到的洛伦兹力与电场力相平衡时，输出的电压为u，则bqv=q，故等离子体的速度；由左手定则可以判断出，正离子向上极板偏转，故a是电源的正极。考点：等离子体发电机的原理。10 【解析】正、负离子在洛伦兹力的作用下分别积累在b板和a板上,在a、b之间形成竖直向上的电场,电荷积累越多,两板电压越大,场强也越大,直到qe=qvb时,即e=vb时,等离子体做匀速直线运动,此时两极板之间的电压u=ed=bdv,这就是该发电机的电动势，由闭合电路欧姆定律可知回路电流为，由电功率公式可知，外电阻r的功率为点评：磁流体发电机是变相考查复合场和闭合电路欧姆定律的一个综合题型，当后面飞进来的粒子所受电场力等于洛伦兹力时匀速飞出，这是解决此类问题的突破口11（1）（2），力fa的方向与流速v的方向反向（3） （4）【解析】试题分析：（1） （2） 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： 加磁场时： 由上面二式，得 再利用（2）的结论，可推得 （4）， ， 考点：电阻定律、安培力、洛伦兹力、牛顿第二定律点评：本题综合程度较高，考察内容均为高中物理中较难掌握部分，加上本题过程复杂多变，因此本题综合程度较高。本题需要通过粒子的受力平衡打开解题的突破口。12 （1）ebdv(2)i=(3) p=【解析】 （1）由法拉第电磁感应定律，有ebdv(2)两板间河水的电阻r=由闭合电路欧姆定律，有i=(3)由电功率公式，p=i2r得p=13（1）m点电势高（2）证明见解析。（3）增大电流i、减小厚度d和减小载流子的密度、增加磁感应强度b。【解析】（1）m点电势高。 （3分）（2）设前后两个表面相距为l，电子所受的电场力等于洛仑兹力 (3分) 。设材料单位体积内电子的个数为n，材料截面积为s，则电流为 (2分) ，s=dl (2分)解得： (2分)（3）增大电流i、减小厚度d和减小载流子的密度、增加磁感应强度b。 (4分)【答案】（1）e=bdv；（2）；（3）；（4）【解析】（1）其中r=d/ab.当外电路断开时，电动势为e=bdv。（2）根据欧姆定