2023·全国·模拟预测
1 . 2023年1月《力学学报》发表了标题为《爆轰驱动惰性气体磁流体发电试验研究》的文章,文中论述了基于爆轰驱动激波管技术的惰性气体磁流体发电的可能性。发电原理示意图如图所示,平行金属板A、B之间有一个很强的磁场,将爆轰驱动获得的高速等离子体沿垂直于磁场的方向射入磁场,则金属板A、B间便产生强电压。已知A、B板间距为d,板间磁场可视为匀强磁场,磁感应强度为B,以速率v进入磁场的等离子流截面积为S,稳定工作时,进、出极板的离子流单位体积内正、负离子的个数均为n,正负离子电荷量均为q,外电路接电阻R形成闭合回路获得强电流,则( )
A.所能形成的持续稳定的电流为 | B.磁流体发电机的稳定输出功率为 |
C.极板间电离气体的电阻率为 | D.发电通道两端的压强差 |
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2 . 工业污水未经处理直接排入河流,会使河水中的阴阳离子大大增加,河水的导电性增强,所以水的导电性也可以反映水的污染程度。某学习小组在某化工厂的排污管末端安装了如图甲所示的流量计,用此装置测量污水(有大量的正、负离子)的电阻,流量计的测量管由绝缘材料制成,其直径为,左右两端开口。测量管内有方向竖直向下,磁感应强度为的匀强磁场(未画出)。在内侧面的、点上分别固定有竖直正对的金属板作为电极(未画出,电阻不计),为测量管的水平直径,金属板电极与开关、电阻箱和灵敏电流计连接,管道内始终充满污水,污水以恒定的速度自左向右通过。
(1)由于图甲中的灵敏电流计的内阻未知,利用图乙中的电路测量灵敏电流计的内阻,实验过程包含以下步骤:
①分别将和的阻值调至最大;
②合上开关;
③调节,使的指针偏转到满刻度,记下此时的示数;
④合上开关;
⑤反复调节和的阻值,使的示数仍为,的指针偏转到满刻度的三分之二处,此时的读数为。
则灵敏电流计内阻为______ 。用此方法所测灵敏电流计内阻值______ (填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
(2)请根据图乙电路在图丙中用笔画线代替导线,将实物图连接成完整的电路______ 。
(3)闭合图甲中的开关,调节电阻箱的阻值,记下电阻箱接入电路的阻值与相应灵敏电流计的读数,绘制图像,如图丁所示,则污水接入电路的电阻为______ 。(用题中的字母、、、、表示)。
(1)由于图甲中的灵敏电流计的内阻未知,利用图乙中的电路测量灵敏电流计的内阻,实验过程包含以下步骤:
①分别将和的阻值调至最大;
②合上开关;
③调节,使的指针偏转到满刻度,记下此时的示数;
④合上开关;
⑤反复调节和的阻值,使的示数仍为,的指针偏转到满刻度的三分之二处,此时的读数为。
则灵敏电流计内阻为
(2)请根据图乙电路在图丙中用笔画线代替导线,将实物图连接成完整的电路
(3)闭合图甲中的开关,调节电阻箱的阻值,记下电阻箱接入电路的阻值与相应灵敏电流计的读数,绘制图像,如图丁所示,则污水接入电路的电阻为
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2022-05-03更新
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1247次组卷
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4卷引用:2022届山东省泰安市高三下学期二模物理试题
名校
3 . 如图,某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道,管道的长为L、宽度为d、高为h,上下两面是绝缘板,前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板,两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B,方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为的导电液体(有大量的正、负离子),且开关闭合前后,液体在管道进、出口两端压强差的作用下,均以恒定速率沿x轴正向流动,液体所受的摩擦阻力恒为。
(1)求开关闭合前,M、N两板间的电势差大小;
(2)求开关闭合前后,管道两端压强差的变化量的大小;
(3)求开关闭合后t时间内磁流体发电机消耗的总能量。
(1)求开关闭合前,M、N两板间的电势差大小;
(2)求开关闭合前后,管道两端压强差的变化量的大小;
(3)求开关闭合后t时间内磁流体发电机消耗的总能量。
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4 . 如图所示,两水平放置的平行金属板P、Q之间有一水平向左、磁感应强度为的金属板间的距离为d,两板间有一束平行于金属板的等离子体垂直于磁场喷入板间,将两板分别与两根水平放置的光滑金属导轨M、N连接,金属棒垂直于导轨放置,金属棒的电阻为R,棒的中点用绝缘细绳经光滑定滑轮与质量为m的物体相连,导轨间的距离为L,导轨间存在竖直方向大小为的匀强磁场,重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力,为使金属棒保持静止,则等离子体喷入板间时速度大小应为( )
A. | B. | C. | D. |
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2022-05-02更新
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885次组卷
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5卷引用:山西省吕梁市2021-2022学年高二下学期期中物理试题
名校
5 . 如图是磁流体发电工作原理示意图。发电通道是个长方体,其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b,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R相连。发电通道处于匀强磁场里,磁感应强度为B,方向如图。发电通道内有电阻率为ρ的高温等离子电离气体沿导管高速向右流动,正、负离子的电荷量均q,运动的电离气体受到磁场作用,产生了电动势。发电通道两端必须保持一定压强差,使得电离气体以不变的流速v通过发电通道。不计电离气体所受的摩擦阻力。根据提供的信息完成下列问题:
(1)判断发电机导体电极的正负极,求发电机的电动势E;
(2)发电通道两端的压强差△P;
(3)若负载电阻R阻值可以改变,当R减小时,电路中的电流会增大;但当R减小到R0时,电流达到最大值(饱和值)Im;当R继续减小时,电流就不再增大,而保持不变。设变化过程中,发电通道内电离气体的电阻率保持不变,已知单位体积内有n对正负离子。求R0和Im。
(1)判断发电机导体电极的正负极,求发电机的电动势E;
(2)发电通道两端的压强差△P;
(3)若负载电阻R阻值可以改变,当R减小时,电路中的电流会增大;但当R减小到R0时,电流达到最大值(饱和值)Im;当R继续减小时,电流就不再增大,而保持不变。设变化过程中,发电通道内电离气体的电阻率保持不变,已知单位体积内有n对正负离子。求R0和Im。
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名校
6 . 霍尔效应原理如图所示,在两平行金属板间存在磁感应强度为B,垂直纸面向外的匀强磁场,带电粒子以速度v水平进入磁场区域后由于洛伦兹力的作用将向金属板运动并积累在板上,使两板间形成电场,达到稳定后两板间的电荷受力平衡,沿水平方向运动形成稳定的电流,两板间出现确定的电势差。
1.设磁感应强度为B,达到稳定后,带电量为q的电荷沿水平方向以速度v运动,此时两板间的电场强度为________ 。
2.磁流体发电是一种新型发电方式,其工作原理与霍尔效应类似。图中尺寸已知的中空长方体是发电导管,前、后两个侧面是绝缘体, 上、下两个侧面是电阻可以忽略的导体电极,通过导线与阻值为 R 的负载连接,上、下导体电极之间电阻为r。发电导管处于磁感应强度为B、方向与前、运动方向后平面垂直的匀强磁场中。由电荷量为q 的正电荷组成的电离气体沿导管以速度v向右流动,流速处处相等。电离气体在发电导管两端所受压强差Δp恒定,所受阻力与流速成正比,比例系数为k。
(1)发电导管________ 表面带正电荷;若把该发电机视为一个电源,则其内部的非静电力是________ 力,其大小为________ 。
(2)发电机的电动势E=________ ,回路中的电流强度I=________ 。
(3)发电导管的输入功率P=________ ,发电机的效率η=________ 。
1.设磁感应强度为B,达到稳定后,带电量为q的电荷沿水平方向以速度v运动,此时两板间的电场强度为
2.磁流体发电是一种新型发电方式,其工作原理与霍尔效应类似。图中尺寸已知的中空长方体是发电导管,前、后两个侧面是绝缘体, 上、下两个侧面是电阻可以忽略的导体电极,通过导线与阻值为 R 的负载连接,上、下导体电极之间电阻为r。发电导管处于磁感应强度为B、方向与前、运动方向后平面垂直的匀强磁场中。由电荷量为q 的正电荷组成的电离气体沿导管以速度v向右流动,流速处处相等。电离气体在发电导管两端所受压强差Δp恒定,所受阻力与流速成正比,比例系数为k。
(1)发电导管
(2)发电机的电动势E=
(3)发电导管的输入功率P=
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7 . 磁流体发电具有结构简单、启动快捷、环保且无须转动机械等优势。如图所示,是正处于研究阶段的磁流体发电机的简易模型图,其发电通道是一个长方体空腔,长、高、宽分别为l、a、b,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极,这两个电极通过开关与阻值为R的某种金属直导体MN连成闭合电路,整个发电通道处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向垂直纸面向里。高温等离子体以不变的速率v水平向右喷入发电通道内,发电机的等效内阻为r,忽略等离子体的重力、相互作用力及其他因素。
①求该磁流体发电机的电动势大小E;
②当开关闭合后,整个闭合电路中就会产生恒定的电流。
a.要使等离子体以不变的速率v通过发电通道,必须有推动等离子体在发电通道内前进的作用力。如果不计其他损耗,这个推力的功率P就应该等于该发电机的总功率P总,请你证明这个结论;
b.若以该金属直导体MN为研究对象,由于电场的作用,金属导体中自由电子定向运动的速率增加,但运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电子定向运动的平均速率不随时间变化。设该金属导体的横截面积为S,电阻率为ρ,电子在金属导体中可认为均匀分布,每个电子的电荷量为e,求金属导体中每个电子所受平均阻力的大小f。
①求该磁流体发电机的电动势大小E;
②当开关闭合后,整个闭合电路中就会产生恒定的电流。
a.要使等离子体以不变的速率v通过发电通道,必须有推动等离子体在发电通道内前进的作用力。如果不计其他损耗,这个推力的功率P就应该等于该发电机的总功率P总,请你证明这个结论;
b.若以该金属直导体MN为研究对象,由于电场的作用,金属导体中自由电子定向运动的速率增加,但运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电子定向运动的平均速率不随时间变化。设该金属导体的横截面积为S,电阻率为ρ,电子在金属导体中可认为均匀分布,每个电子的电荷量为e,求金属导体中每个电子所受平均阻力的大小f。
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8 . 如图所示,是磁流体发电机的简易模型图,其发电通道是一个长方体空腔,长、高、宽分别为l=1m、a=0.5m、b=0.8m,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极,整个发电通道处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B=1.5 T,方向垂直纸面向里。等离子体以不变的速率v=2m/s水平向右进入发电通道内,发电机的等效内阻为r=0.3Ω,忽略等离子体的重力、相互作用力。磁流体发电机两个电极通过开关与倾角θ=30o间距d=1m的光滑金属导轨MO、NO′相连,一根质量m1=0.2kg长度d=1m阻值R1=0.3Ω的金属导体棒cd垂直放置在光滑的金属导轨MO、NO′上,金属导轨的末端圆滑连接着光滑绝缘的水平轨道OP、O′Q(足够长),efgh是质量m2=0.3kg、电阻R2=0.6Ω、各边长度均为d=1m的“U”形金属框,eh刚好和金属导轨末端OO′接触良好,开始处于锁定状态。倾斜轨道处于垂直于斜面向下的磁感应强度B1的匀强磁场中,水平轨道间存在竖直向下的磁场(图中未画出),磁感应强度分布规律为B2=0.3xT (x>0,沿OP方向建立x轴,O为坐标原点)。已知开关闭合后,金属棒cd恰能静止在导轨上。求:
(1)磁流体发电机的电动势大小E;
(2)磁感应强度B1的大小;
(3)断开开关后,cd棒在导轨MO、NO′上达到的稳定速度v1;
(4)在第(3)问中,cd棒到达OO′时“U”形金属框被解锁,棒与金属框碰撞并粘连在一起,则金属框最终静止在何处?
(1)磁流体发电机的电动势大小E;
(2)磁感应强度B1的大小;
(3)断开开关后,cd棒在导轨MO、NO′上达到的稳定速度v1;
(4)在第(3)问中,cd棒到达OO′时“U”形金属框被解锁,棒与金属框碰撞并粘连在一起,则金属框最终静止在何处?
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2021-07-08更新
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873次组卷
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2卷引用:浙江省丽水市普通高中2020-2021学年高二下学期期末物理试题
9 . 磁流体发电机原理如图所示,等离子体高速喷射到加有强磁场的管道内,正、负离子在洛伦兹力作用下分别向A、B两金属板偏转,形成直流电源对外供电.则( )
A.仅减小负载的阻值,发电机两端的电压增大 | B.仅增强磁感应强度,发电机两端的电压减小 |
C.仅增大两板间的距离,发电机的电动势减小 | D.仅增大磁流体的喷射速度,发电机的电动势增大 |
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10 . 如图所示是磁流体发电的示意图。平行金属板P、Q 两板相距为d,之间有一个很强的匀强磁场B,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带电量为q的正、负带电离子)沿垂直于B的方向射入磁场, P、Q两板间便产生电压。开关闭合前、后,等离子体在管道进、出口两端压强差的作用下, 均以恒定速率v沿图示方向运动。忽略重力及离子间的相互作用力。
(1)图中P、Q板哪一个是电源的正极;
(2)在推导磁流体发电机的电动势时,有多种方法。例如:将发电机内部的等离子体看做长度为d,以速度v切割磁感线的“导体棒”,可得E=Bdv。请你从另外两个角度证明上述结论;
(3)开关闭合,电路稳定后,电源的内阻为r,外电路电阻为R,求两板间某运动的带电离子沿电流方向受到的阻力f。
(1)图中P、Q板哪一个是电源的正极;
(2)在推导磁流体发电机的电动势时,有多种方法。例如:将发电机内部的等离子体看做长度为d,以速度v切割磁感线的“导体棒”,可得E=Bdv。请你从另外两个角度证明上述结论;
(3)开关闭合,电路稳定后,电源的内阻为r,外电路电阻为R,求两板间某运动的带电离子沿电流方向受到的阻力f。
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