高三物理解答题中等难度题
磁流体发电是一种新型发电方式,图中的图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体是发电导管,其中空部分的长、高、宽分别为、、,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可略的导体电极,这两个电极与负载电阻相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里,磁感应强度为B,方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动,并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用,产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同,且不存在磁场时电离气体流速为,电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比,发电导管两端的电离气体压强差维持恒定,
求:(1)不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大;
(2)磁流体发电机的电动势E的大小;
(3)磁流体发电机发电导管的输入功率P
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某科研小组要用伏安法测量磁流体发电机的电动势和内阻,所用器材如图所示,其中,长方体表示磁流体发电机的发电导管,其前后两个侧面是绝缘体,上下两表面是电阻不计的导体薄片,薄片上分别焊接一个接线柱.匀强磁场垂直于前后两个侧面,含有正、负离子的高速流体在发电导管内向右匀速流动,两个接线柱间形成稳定的电势差.
①发电导管的 接线柱电势高.(选填“上”或“下”)
②在图中用笔连线代替导线,把电路元件连接起来以达实验目的.
③连接好电路后,调节滑动变阻器,记录多组电流表示数I和对应的电压表示数U的数据,在U—I坐标系中描点如图所示.根据描出的点作出U—I图线,并由图线求出磁流体发电机的电动势E= V;内阻r= .
④该小组利用求出的内阻r来研究流体的导电特性,首先测量了长方体发电导管的各边长度分别为d1、d2、d3,如上图所示,然后根据电阻定律r=求流体的电阻率,则公式中的电阻长度l= ,S= .(用d1、d2、d3表示)
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如图所示,长方体发电导管的前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可忽略的导电极,两极板间距为d,极板面积为S,两个电极与可变电阻R相连,在垂直前后侧面的方向上,有一匀强磁场,磁感应强度大小为B.发电导管内有电阻率为ρ的高温电离气体,气体以速度v向右流动,由于运动的电离气体,受到磁场的作用,将产生大小不变的电动势不计气体流动的阻力( )
A. 通过电阻R的电流方向为b→a
B. 若只增大极板间距d,发电导管的内电阻一定减小
C. 若只增大气体速度v,发电导管产生的电动势一定增大
D. 若只增大电阻R的阻值,则电阻R消耗的电功率一定增大
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海洋中有一种可以利用的能源叫海水盐度差能,利用这种能量发电称为盐度差发电,装置示意如图所示.其工作原理是:在海水和淡水之间,例如在江河入海口处用半透膜隔开,由于渗透作用,使淡水通过半透膜流向海水,使膜的海水一侧水位升高,大约可达25 m,然后让水冲击水轮发电机组发电.我国陆地河川入海径流量每年约2×1012—3×1012m3.估算我国盐度差能蕴藏量约为多少千瓦.
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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( )
A.I=, A→R→B B.I=,B→R→A
C.I=,B→R→A D.I=,A→R→B
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目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,如图所示是它的发电原理:将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有足够多带正电和负电的微粒,整体呈中性),喷射入磁场,磁场中有两块平行金属板A、B,这时金属板上就会聚集大量电荷,产生电压.设平行金属板A、B长为a、宽为b,两板间距为d,其间有匀强磁场,磁感应强度为B,等离子体的流速为v,电阻率为ρ,外接一个负载电阻,等离子体从一侧沿垂直磁场且与极板平行方向射入极板间.
(1)从两个角度推导发电机电动势的表达式E=Bdv;
(2)若负载电阻为可变电阻,请证明当负载电阻等于发电机的内阻时,发电机的输出功率最大,并求发电机的最大输出功率Pm;
(3)若等离子体均为一价离子,外接一个负载电阻为R,电荷量为e,每秒钟有多少个离子打在A极板上?
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