高中 | 磁流体发电机 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

磁流体发电机

磁流体发电机的原理如图所示,燃烧室在$3000\ \text{K}$的高温下将气体全部电离成高温等离子体。等离子体经喷管提速后以速度$v$进入矩形发电通道,发电通道中有垂直于喷射速度方向的匀强磁场。已知磁感应强度大小为$B$,发电通道长为$l$,宽为$b$,高为$a$,高温等离子体的电阻率$\rho $,外部电路连接一阻值为$R$的电阻,导线电阻不计。当开关$\text{S}$闭合后,下列说法正确的是$(\qquad)$

["\u003cp\u003e外部电路中的电流方向为由\u003cspan class\u003d\"math-tk\"\u003e$N\\to R\\to M$\u003c/span\u003e\u003c/p\u003e","\u003cp\u003e回路电流\u003cspan class\u003d\"math-tk\"\u003e$I\u003d\\dfrac{B{{a}^{2}}vl}{Ral+\\rho b}$\u003c/span\u003e\u003c/p\u003e","\u003cp\u003e发电机的输出功率\u003cspan class\u003d\"math-tk\"\u003e$P\u003d{{\\left( \\dfrac{Bvabl}{Rbl+\\rho a} \\right)}^{2}}R$\u003c/span\u003e\u003c/p\u003e","\u003cp\u003e为维持等离子匀速流动,矩形发电通道左右端的压强差\u003cspan class\u003d\"math-tk\"\u003e$\\Delta p\u003d\\dfrac{{{B}^{2}}v}{Rbl+\\rho a}\\cdot ab$\u003c/span\u003e\u003c/p\u003e"]
[["C"]]

$\text{A}$、由左手定则可知,发电通道的上极板为电源的正极,下极板为负极,则外部电路中的电流方向为由$M\to R\to N$,选项$\text{A}$错误;

$\text{B}$、稳定时,洛伦兹力等于电场力,即$qvB=q\dfrac{U}{a}$,所以发电机产生的电动势为$E=U=Bav$,根据闭合电路欧姆定律可得回路中的电流为$I=\dfrac{E}{R+\rho \dfrac{a}{bl}}=\dfrac{Bavbl}{Rbl+\rho a}$,选项$\text{B}$错误;

$\text{C}$、发电机的输出功率为${{P}_{出}}={{I}^{2}}R={{\left( \dfrac{Bavbl}{Rbl+\rho a} \right)}^{2}}R$,选项$\text{C}$正确;

$\text{D}$、矩形发电通道左右端的压强差为$\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }p=\dfrac{F}{S}=\dfrac{BIa}{ab}=\dfrac{{{B}^{2}}alv}{Rbl+\rho a}$,选项$\text{D}$错误。

故选:$\text{C}$

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