【題目】磁流體發(fā)電具有結(jié)構(gòu)簡單、啟動快捷、環(huán)保且無需轉(zhuǎn)動機(jī)械等優(yōu)勢。如圖所示,是正處于研究階段的磁流體發(fā)電機(jī)的簡易模型圖,其發(fā)電通道是一個長方體空腔,長、高、寬分別為l、a、b,前后兩個側(cè)面是絕緣體,上下兩個側(cè)面是電阻可忽略的導(dǎo)體電極,這兩個電極通過開關(guān)與阻值為R的某種金屬直導(dǎo)體MN連成閉合電路,整個發(fā)電通道處于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向垂直紙面向里。高溫等離子體以不變的速率v水平向右噴入發(fā)電通道內(nèi),發(fā)電機(jī)的等效內(nèi)阻為r,忽略等離子體的重力、相互作用力及其他因素。

(1)求該磁流體發(fā)電機(jī)的電動勢大小E;

(2)當(dāng)開關(guān)閉合后,整個閉合電路中就會產(chǎn)生恒定的電流。

a.要使等離子體以不變的速率v通過發(fā)電通道,必須有推動等離子體在發(fā)電通道內(nèi)前進(jìn)的作用力。如果不計其它損耗,這個推力的功率PT就應(yīng)該等于該發(fā)電機(jī)的總功率PD,請你證明這個結(jié)論;

b.若以該金屬直導(dǎo)體MN為研究對象,由于電場的作用,金屬導(dǎo)體中自由電子定向運動的速率增加,但運動過程中會與導(dǎo)體內(nèi)不動的粒子碰撞從而減速,因此自由電子定向運動的平均速率不隨時間變化。設(shè)該金屬導(dǎo)體的橫截面積為s,電阻率為,電子在金屬導(dǎo)體中可認(rèn)為均勻分布,每個電子的電荷量為e。求金屬導(dǎo)體中每個電子所受平均阻力的大小f。

【答案】(1)Bav (2)a.略;b.

【解析】

試題分析:(1)當(dāng)外電路斷開時,極板間的電壓大小等于電動勢。此時,發(fā)電通道內(nèi)電荷量為q的離子受力平衡。有:

可得:②(3分)

(2)a.當(dāng)電鍵閉合,由歐姆定律可得:

該電流在發(fā)電通道內(nèi)受到的安培力大小為:

要使等離子體做勻速直線運動,所需的推力為:

推力F的功率為:

聯(lián)立②③④⑤⑥可得:

閉合電路中發(fā)電機(jī)的總功率為:

聯(lián)立②③⑧可得:

由⑦⑨可得:

可見,推力的功率就等于該發(fā)電機(jī)的總功率。

b.方法一:

設(shè)金屬導(dǎo)體R內(nèi)電子運動的平均速率為v1,單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n, t時間內(nèi)有N個電子通過電阻的橫截面,則:

t時間內(nèi)通過橫截面的電荷量為:

電流為:

聯(lián)立②③⑩ 式可得:

設(shè)金屬導(dǎo)體中的總電子數(shù)為N1,長度為d,由于電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)可視為勻速直線運動,所以電場力的功率(電功率)應(yīng)該等于所有電子克服阻力f做功的功率,即:

由電阻定律得:

聯(lián)立②③ 式可得:

方法二:設(shè)金屬導(dǎo)體的長度為d,電阻為R,由電阻定律得:

金屬導(dǎo)體兩端的電壓為:

金屬導(dǎo)體內(nèi)的電場可看作勻強(qiáng)電場,設(shè)場強(qiáng)大小為E0,則:

電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)勻速直線運動,阻力等于電場力,則:

聯(lián)立②③ 式可得:

練習(xí)冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】一列沿x軸傳播的簡諧橫波,t=0時刻的波形如圖所示,此時質(zhì)點P恰在波峰,質(zhì)點Q恰在平衡位置且向上振動。再過0.2 s,質(zhì)點Q第一次到達(dá)波峰,則下列說法正確的是________

A.該波沿x軸負(fù)方向傳播

B.1 s末質(zhì)點P的位移為零

C.該波的傳播速度為30 m/s

D.質(zhì)點P的振動位移隨時間變化的關(guān)系式為 x=0.2sinm

E.0~0.9 s時間內(nèi)質(zhì)點P通過的路程小于0.9 m

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【題目】如圖所示為氫原子的能級示意圖,一群氫原子處于n3的激發(fā)態(tài),在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子,用這些光照射逸出功為2.49eV的金屬鈉.下列說法正確的是(

A. 這群氫原子能發(fā)出3種不同頻率的光,其中從n3躍遷到n2所發(fā)出的光波長最短

B. 這群氫原子能發(fā)出6種不同頻率的光,其中從n3躍遷到n1所發(fā)出的光頻率最小

C. 這群氫原子發(fā)出不同頻率的光,只有一種頻率的光可使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)

D. 金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動能為9.60eV

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【題目】為了探究動能改變與合外力做功的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案:

第一步:把帶有定滑輪的木板(有滑輪的)一端墊起,把質(zhì)量為M的滑塊通過細(xì)繩跨過定滑輪與質(zhì)量為m的重錘相連,重錘后連一穿過打點計時器的紙帶,調(diào)整木板傾角,直到輕推滑塊后,滑塊沿木板向下勻速運動,如圖甲所示.

第二步:保持長木板的傾角不變,將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處,取下細(xì)繩和重錘,將滑塊與紙帶相連,使紙帶穿過打點計時器,然后接通電源,釋放滑塊,使之從靜止開始向下加速運動,打出紙帶,如圖乙所示.打出的紙帶如圖丙所示.

請回答下列問題:

1)已知O、A、BC、D、EF相鄰計數(shù)點間的時間間隔為Δt,根據(jù)紙帶求滑塊速度,打點計時器打B點時滑塊速度vB________

2)已知重錘質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?/span>g,要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊________(寫出物理名稱及符號,只寫一個物理量),合外力對滑塊做功的表達(dá)式W________

3)算出滑塊運動OA、OBOC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在AB、CD、E各點的速度v,v2為縱軸、W為橫軸建立坐標(biāo)系,描點作出v2W圖像,可知該圖像是一條________,根據(jù)圖像還可求得________

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】處于紙面內(nèi)的一段直導(dǎo)線長L=1m,通有I=1A的恒定電流,方向如圖所示.將導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場中,它受到垂直于紙面向外的大小為F=1N的磁場力作用.據(jù)此( )

A. 能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向

B. 能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,不能確定它的大小

C. 能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,不能確定它的方向

D. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向都不能確定

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【題目】一列向右傳播的簡諧橫波,當(dāng)波傳到x=2.0m處的P點時開始計時,該時刻波形如圖所示,t=0.9s時,觀察到質(zhì)點P第三次到達(dá)波峰位置,下列說法錯誤的是(   )

A. 波速為

B. 經(jīng)1.4s質(zhì)點P運動的路程為70cm

C. t=1.6s時,x=4.5m處的質(zhì)點Q第三次到達(dá)波谷

D. 與該波發(fā)生干涉的另一列簡諧橫波的頻率一定為2.5Hz

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【題目】核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少,我國在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素,它可破壞細(xì)胞基因,提高罹患癌癥的風(fēng)險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年,其衰變方程為Pu→X+He+γ,下列有關(guān)說法正確的是( )

A.X原子核中含有92個中子。

B.100個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個。

C.由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質(zhì)量增加。

D.衰變發(fā)出的放射線是波長很短的光子,具有很強(qiáng)的穿透能力。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖為某電場的電場線分布,、N、Q是以電場線上一點O為圓心的同一圓周上的三點,OQ連結(jié)與直線MN垂直.以下說法正確的是(

A. O點電勢與Q點電勢相等

B. 、O間的電勢差大于O、N間的電勢差

C. 將一負(fù)電荷由點移到Q點,電荷的電勢能減少

D. 正電荷在Q點所受電場力的方向與OQ垂直且豎直向上

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【題目】如圖所示,傾斜的傳送帶上有一工件始終與傳送帶保持相對靜止,則(

A. 當(dāng)傳送帶向上勻速運行時,物體克服重力和摩擦力做功

B. 當(dāng)傳送帶向下勻速運行時,只有重力對物體做功

C. 當(dāng)傳送帶向上勻加速運行時,摩擦力對物體做正功

D. 不論傳送帶向什么方向運行,摩擦力都做負(fù)功

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