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

如图,距离为$d$的两平行金属板$P$$Q$之间有一匀强磁场,磁感应强度大小为$B_{1}$,一束速度大小为$v$的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为$L$的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为$B_{2}$,导轨平面与水平面夹角为$\theta$,两导轨分别与$P$$Q$相连。质量为$m$、电阻为$R$的金属棒$ab$垂直导轨放置,恰好静止。重力加速度为$g$,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

两平行金属板$P$$Q$中,$P$板的电势比$Q$板高

","

导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上

","

等离子体的速度大小$v=\\dfrac{mgR\\sin\\theta}{B_{1}B_{2}Ld}$

","

导体棒所受安培力大小等于$mgR\\tan \\theta$

"]
[["C"]]

$\rm AB$.根据左手定则可知$P$板聚集了等离子体中的负电荷,$Q$板聚集了等离子体中的正电荷,所以$Q$板为正极,$P$板的电势比$Q$板低。所以通过金属棒$ab$的电流方向为$a→b$,由题意可知金属棒$ab$所受安培力方向一定为沿导轨平面向上,根据左手定则可知导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,故$\rm AB$错误;

$\rm CD$.当$P$$Q$之间电压稳定时,等离子体所受电场力与洛伦兹力大小相等,即$q\dfrac{U}{d}=qvB_{1}$

流过导体棒的电流为$I=\dfrac{U}{R}$

对金属棒$ab$根据平衡条件$mg\sin \theta=B_{2}IL$

其中$F_{安}=B_{2}IL$

联立解得$v=\dfrac{mgR\sin\theta}{B_{1}B_{2}Ld}$

$F_{安}=mg\sin \theta$,故$\rm C$正确,$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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