《磁流体发电》磁流体发电

1多选题

(多选)磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种有着广泛发展前景的低碳环保发电机．其发电原理如图所示，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，整体上呈电中性)向右喷射入磁感应强度为B垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场区域有两块面积为S、相距为d的平行金属板(M、N)与外电阻、开关相连构成电路．设离子的速度均为v，则下列说法中正确的是(　　)

金属板M带负电

开关断开时，两板间电压稳定时为U=Bdv

开关闭合时，流过R的电流方向是从A至B

可以用增大气流速度v的方法提高AB间的电压

题目答案

BCD

答案解析

分析：

根据左手定则判断板的极性，离子在运动过程中同时受电场力和洛伦兹力，二力平衡时两板间的电压稳定．

解答：

解：A、由左手定则知正离子向上偏转，所以M带正电，A错误；

B、开关断开时，两板间电压稳定时满足：qvB=qE=q$\frac {U}{d}$，所以U=Bdv，B错误；

C、M板相当于电源的正极，开关闭合时，流过R的电流方向是从A至B，C正确；

D、由两板间电压稳定时为U=Bdv可知可以用增大气流速度v的方法提高AB间的电压，D正确；

故选BCD

点评：

本题考查了磁流体发电机的工作原理，要会分析电源的极性和两板间电压大小的影响因素．

2单选题

如图所示，M、N为简化的磁流体发电机的两个水平极板，相距d=0.2m，板间有垂直于纸面向外的匀强磁场，B=1.0T，外电路中可变负载电阻R的最大阻值为l0Ω，电离气体(含有大量的正、负带电粒子，且不计重力)以速率v=1100m/s平行极板由左向右射入，极板间电离气体的等效内阻r=lΩ，断开开关S，稳定之后，下列说法正确的是(　　)

M板电势高于N板电势

该发电机的电动势为220V

若闭合开关s，负载电阻R=10Ω时发电机的效率最小

若闭合开关s，负载电阻R=10Ω时发电机的输出功率最大

题目答案

答案解析

分析：

根据左手定则判断出电荷的偏转方向，确定两极板所带电荷的电性，从而确定电势的高低；根据电荷所受洛伦兹力和电场力相等求出发电机的电动势．当外电阻等于内电阻时，发电机的输出功率最大．

解答：

解：A、根据左手定则知，正电荷向下偏，负电荷向上偏，则M板的电势低于N板的电势．故A错误．

B、根据qvB=q$\frac {E}{d}$，解得电动势为：E=vBd=1100×1×0.2V=220V．故B正确．

C、发电机的效率η=$\frac {I_R}{I_(R+r)}$=$\frac {1}{1+$\frac {r}{R}$}$，当负载电阻R=10Ω时，发电机的效率最大．故C错误．

D、当外电阻等于内电阻时，即负载电阻R=1Ω，发电机的输出功率最大．故D错误．

故选：B．

点评：

解决本题的关键会运用左手定则判断电荷所受洛伦兹力的方向，知道稳定时电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡，注意发电机的效率与功率的区别．

3多选题

(多选)磁流体发电是一项新兴技术．如图表示了它的原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子，而从整体来说呈电中性)喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压．如果射入的等离子体速度均为v，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R．电离气体充满两板间的空间，其电阻率为ρ，当发电机稳定发电时，A、B就是一个直流电源的两个电极．下列说法正确的是(　　)

图中A板是电源的负极

A、B间的电压即为该发电机的电动势

正对面积S越大，该发电机电动势越大

电阻越大，该发电机输出效率越高

题目答案

答案解析

分析：

大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向上，所以正电荷会聚集的A板上，同理负电荷聚集到B板上，故A板相当于电源的正极．根据闭合电路的欧姆定律即可判断电动势，根据等离子发电求得产生的电势差的决定因素，有效率判断影响因素

解答：

解：A、大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下，所以正电荷会聚集的B板上，负电荷受到的洛伦兹力向上，负电荷聚集到A板上，故A板相当于电源的负极，B板相当于电源的正极，故A正确．

B、A、B间的电压即为电阻R两端的电压，是路端电压，故不是产生的电动势，故B错误；

C、AB间的场强为qvB=qE，E=vB，故两极板间的电势差为U=Ed=vBd，与正对面积无关，故C错误；

D、输出的效率η=$\frac {UI}{EI}$=$\frac {R}{R+r}$，故电阻越大，该发电机输出效率越高，故D正确；

故选：AD

点评：

根据洛伦兹力的方向判断物体的运动方向，此题还可以根据洛伦兹力与极板间产生的电场力平衡解得磁流体发电机的电动势．

4多选题

(多选)目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机．如右图表示了它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压．如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间．当发电机稳定发电时，电流表示数为I．那么下列说法正确的是(　　)

当粒子受的电场力与洛仑兹力平衡时，两板电压为Bdv

当粒子受的电场力与洛仑兹力平衡时，两板电压为BLv

板间电离气体的电阻率为$\frac {S}{d}$($\frac {Bdv}{I}$-R)

板间电离气体的电阻率为$\frac {S}{L}$($\frac {Bdv}{I}$-R)

题目答案

答案解析

分析：

电离气体充满两板间的空间，受到洛伦兹力发生偏转，在A、B间产生电势差，最终稳定时，电荷所受洛伦兹力和电场力处于平衡．根据平衡求出A、B间的电动势，从而根据闭合电路欧姆定律求出电离气体的电阻，再根据电阻定律求出电阻率．

解答：

解：AB、最终稳定时，电荷所受洛伦兹力和电场力处于平衡，有qvB=q$\frac {E}{d}$．解得E=vBd，故A正确，B错误．

CD、根据闭合电路欧姆定律得，电离气体的电阻R′=$\frac {E}{I}$-R=$\frac {Bdv}{I}$-R．

由电阻定律得，R′=ρ$\frac {d}{S}$

将上式综合，解得ρ=$\frac {S}{d}$($\frac {Bdv}{I}$-R)．故C正确，D错误．

故选：AC．

点评：

本题综合考查了闭合电路欧姆定律、电阻定律与磁场的知识，关键知道稳定时，电荷受电场力和洛伦兹力处于平衡．

5多选题

(多选)磁流体发电机原理如图所示，将一束等离子体(正负电荷组成的离子化气体状物质)喷射入磁场，在电场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压．如果射入的等离子体速度为v，板间距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直与速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间．当发电机稳定发电时，电流表示数为I．则以下说法正确的有(　　)

图中A板为电源的正极

有电流从a经用电器流向b

这个发电机的电动势为Bdv

此发电机的等效内阻是$\frac {Bdv}{I}$-R

题目答案

ABCD

答案解析

分析：

大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正负电荷受到的洛伦兹力方向，从而确定相当于电源的正负极，从而得出通过电阻的电流方向．抓住带电粒子在复合场中受电场力和洛伦兹力平衡求出发电机的电动势．根据闭合电路欧姆定律求出发电机的内电阻．

解答：

解：A、大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向上，所以正电荷会聚集的A板上，负电荷受到的洛伦兹力向下，负电荷聚集到B板上，故A板相当于电源的正极，B板相当于电源的负极，所以通过电阻R的电流从a到b，故AB正确；

C、根据qvB=q$\frac {E}{d}$得，E=Bdv．故C正确．

D、根据欧姆定律得，r=$\frac {E}{I}$-R=$\frac {Bdv}{I}$-R．故D正确．

故选：ABCD．

点评：

根据洛伦兹力的方向判断物体的运动方向，此题还可以根据洛伦兹力与极板间产生的电场力平衡解得磁流体发电机的电动势，注意确定正负电荷的洛伦兹力的方向是解题的关键．解决本题的关键知道稳定时，电荷所受洛伦兹力和电场力平衡，电路中电流越大，则单位时间内到达金属板A、B的等离子体数目增多．

6多选题

(多选)如图是磁流体发电机的示意图，在间距为d的平行金属板A、C间，存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，两金属板通过导线与变阻器R相连，等离子体以速度v平行于两金属板垂直射入磁场．若要增大该发电机的电动势，可采取的方法是等离子体RAC(　　)

增大d

增大R

增大B

增大v

题目答案

ACD

答案解析

分析：

等离子体进入垂直射入磁场，受洛伦兹力发生偏转，在两极板间形成电势差，最终电荷受电场力和洛伦兹力平衡，根据平衡确定电动势与什么因素有关．

解答：

解：根据平衡得，qvB=q$\frac {E}{d}$，解得电动势E=Bdv，所以可以通过增大B、d、v来增大电动势．故A、C、D正确，B错误．

故选ACD．

点评：

解决本题的关键知道稳定时电荷受电场力和洛伦兹力平衡．

7单选题

如图是磁流体发电机的示意图，在间距为d的平行金属板A、C间，存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，两金属板通过导线与滑动变阻器相连，变阻器接入电路的电阻为R，等离子体连续以速度v平行于两金属板垂直射入磁场，理想电流表A的度数为I，则(　　)

发电机的电动势E=IR

发电机的内电阻为r=$\frac {Bdv}{I}$-R

发电机的效率η=$\frac {IR}{Bv}$

变阻器触头P向下滑动时，单位时间内到达金属板A、C的等离子体数目增多

题目答案

答案解析

分析：

抓住带电粒子在复合场中受电场力和洛伦兹力平衡求出发电机的电动势．根据闭合电路欧姆定律求出发电机的内电阻．

解答：

解：A、根据qvB=q$\frac {E}{d}$得，E=Bdv．故A错误．

B、根据欧姆定律得，r=$\frac {E}{I}$-R=$\frac {Bdv}{I}$-R．故B正确．

C、发电机的效率η=$\frac {UI}{EI}$=$\frac {IR}{Bdv}$．故C错误．

D、变阻器触头P向下滑动时，总电阻增加，则总电流减小，单位时间内流过的电荷数减小，则单位时间内到达金属板A、C的等离子体数目减小．故D错误．

故选：B．

点评：

解决本题的关键知道稳定时，电荷所受洛伦兹力和电场力平衡，电路中电流越大，则单位时间内到达金属板A、C的等离子体数目增多．

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