專題24-磁流體發(fā)電模型-高考物理磁場常用模型(原卷版)

2023年高考物理《磁場》常用模型最新模擬題精練專題24.磁流體發(fā)電模型一．選擇題1.（2022河北石家莊二中模擬）磁流體發(fā)電機(jī)，又叫等離子體發(fā)電機(jī)，圖中的燃燒室在3000K的高溫下將氣體全部電離為電子和正離子，即高溫等離子體。高溫等離子體經(jīng)噴管加速后以1000m/s的速度進(jìn)入矩形發(fā)電通道。發(fā)電通道有垂直于紙面向內(nèi)的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=6T等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩極間形成電勢差。已知發(fā)電通道長a=50cm，寬b=20cm，高d=20cm，等高速等高子體離子體的電阻率ρ=2Ω·m。則以下判斷中正確的是（）

A.因正離子帶電量未知，故發(fā)電機(jī)的電動勢不能確定B.圖中外接電阻R兩端的電壓為1200VC.當(dāng)外接電阻R=8Ω時，發(fā)電機(jī)的效率最高D.當(dāng)外接電阻R=4Ω時，發(fā)電機(jī)輸出功率最大2.(2022山東濟(jì)南重點高中質(zhì)檢)利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖如圖所示，矩形發(fā)電管道水平東西放置，整個管道置于方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。其上、下兩面是絕緣板，南、北兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。已知發(fā)電管道長為L、寬為d、高為h，海水在發(fā)電管道內(nèi)以恒定速率v朝正東方向流動。發(fā)電管道內(nèi)的海水在垂直流動方向的電阻為r，海水在管道內(nèi)流動時受到的摩擦阻力大小恒為f，不計地磁場的影響，則（）A.N側(cè)的電勢高B.開關(guān)S斷開時，M、N兩端的電壓為BdvC.開關(guān)S閉合時，發(fā)電管道進(jìn)、出口兩端壓力差D.開關(guān)S閉合時，電阻R上的功率為3.（2020江蘇揚州一模）磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。把平行金屬板A、B和電阻R連接，A、B之間有很強的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子）以速度v噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓，成為電源的兩個電極。下列推斷正確的是（）A.A板為電源的正極 B.電阻R兩端電壓等于電源的電動勢C.若減小兩極板的距離，則電源的電動勢會減小 D.若增加兩極板的正對面積，則電源的電動勢會增加C4．（2020江蘇高考仿真模擬2）如圖所示，磁流體發(fā)電機(jī)的通道是一長為L的矩形管道，通道中左、右兩側(cè)壁是導(dǎo)電的，其高為h，相距為a，而通道的上下壁是絕緣的，所加勻強磁場的大小為B，與通道的上下壁垂直。等離子體的速度為v，電阻率為，負(fù)載電阻為R，不計摩擦及粒子間的碰撞。下列說法正確的是（）A．順著運動方向看，左側(cè)壁電勢高于右側(cè)壁電勢C．該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢為kRB．負(fù)載R上的電流D．為了保持恒定的速度v，通道兩端需保持一定的壓強差5.(多選)(2020·江蘇省南通模擬)利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖如圖所示，矩形發(fā)電管道水平東西放置，整個管道置于方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。其上、下兩面是絕緣板，南、北兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。已知發(fā)電管道長為L、寬為d、高為h，海水在發(fā)電管道內(nèi)以恒定速率v朝正東方向流動。發(fā)電管道內(nèi)的海水在垂直流動方向的電阻為r，海水在管道內(nèi)流動時受到的摩擦阻力大小恒為f，不計地磁場的影響，則()A．N側(cè)的電勢高B．開關(guān)S斷開時，M、N兩端的電壓為BdvC．開關(guān)S閉合時，發(fā)電管道進(jìn)、出口兩端壓力差F＝f＋eq\f(B2d2v,R＋r)D．開關(guān)S閉合時，電阻R上的功率為eq\f(B2d2v2,R)6.(多選)磁流體發(fā)電機(jī)是一種把物體內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能的低碳環(huán)保發(fā)電機(jī)，其原理示意圖如圖所示。平行金屬板C、D間有勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，將一束等離子體(高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒)水平噴入磁場，兩金屬板間就產(chǎn)生電壓。定值電阻R0的阻值是滑動變阻器最大阻值的一半，與開關(guān)S串聯(lián)接在C、D兩端。已知兩金屬板間距離為d，噴入等離子體的速度為v，磁流體發(fā)電機(jī)的電阻為r(R0<r<2R0)，則滑動變阻器的滑片P由a端向b端滑動的過程中()A．金屬板C為電源負(fù)極，D為電源正極B．磁流體發(fā)電機(jī)的輸出功率一直增大C．電阻R0消耗功率最大值為eq\f(B2d2v2R0,（R0＋r）2)D．滑動變阻器消耗功率最大值為eq\f(B2d2v2,r＋R0)7.如圖所示為某種電磁泵模型的示意圖，泵體是長為L1，寬與高均為L2的長方體。泵體處在方向垂直向外、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，泵體的上下表面接電壓為U的電源（內(nèi)阻不計），理想電流表示數(shù)為I。若電磁泵和水面高度差為h，液體的電阻率為ρ，在t時間內(nèi)抽取液體的質(zhì)量為m，不計液體在流動中和管壁之間的阻力，取重力加速度為g，則A．泵體下表面應(yīng)接電源正極B．電磁泵對液體產(chǎn)生的推力大小為BIL1，C．電源提供的電功率為D．質(zhì)量為m的液體離開泵體時的動能UIt-mgh-I2t8.(多選)如圖所示是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，兩平行金屬板P、Q之間有一個很強的磁場．一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子)沿垂直于磁場的方向噴入磁場．把P、Q與電阻R相連接．下列說法正確的是()A．Q板的電勢高于P板的電勢B．R中有由a向b方向的電流C．若只改變磁場強弱，R中電流保持不變D．若只增大粒子入射速度，R中電流增大9．磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù)。如圖所示，平行金屬板之間有一個很強的磁場，將一束含有大量正、負(fù)帶電粒子的的等離子體，沿圖中所示方向噴入磁場，圖中虛線框部分相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，把兩個極板與用電器相連，則（）A.用電器中的電流方向從B到AB.用電器中的電流方向從A到BC.若只增大帶電粒子電量，發(fā)電機(jī)的電動勢增大D.若只增大噴入粒子的速度，發(fā)電機(jī)的電動勢增大二．計算題1.（14分）（2020浙江稽陽聯(lián)考）磁流體發(fā)電機(jī)是對環(huán)境污染很少的發(fā)電裝置，目前，許多國家都積極致力于這方面的研究。關(guān)于磁流體發(fā)電機(jī)的簡化模型如圖甲所示：磁流體（氣體狀態(tài)的正負(fù)離子）在噴射裝置的作用下，以相同的水平速度v0源源不斷的射入左側(cè)發(fā)電通道，發(fā)電通道上下兩面為金屬極板，內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。已知正負(fù)離子的質(zhì)量均為m，帶電量為±q，單位體積內(nèi)正負(fù)離子數(shù)各為n，離子充滿整個發(fā)電通道，發(fā)電通道的長度足夠長，高為d，寬為a，離子間的相互作用不計，重力不計。（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)的兩極板與外界斷路，試判斷上下極板的電勢高低，并求出兩極板間的最終電壓U0；（2）求噴射裝置對磁流體做功的功率P0；（3）當(dāng)兩極板與外電路相連時，兩極板間電壓為U，且U<U0，正負(fù)離子在通道內(nèi)做復(fù)雜的曲線運動，假設(shè)正離子在通道中的運動軌跡如圖乙中虛線所示（負(fù)離子與之類似），已知其在y軸方向上的分運動是簡諧運動，求圖中最低點M到最高點N的高度差h；(提示：利用簡諧運動的對稱性)（4）當(dāng)此發(fā)電機(jī)的兩極板與電阻值為R0的電阻相連組成閉合回路，利用（3）中所得結(jié)論，在h<d的情形下，求通過此電阻的電流I（用題干中的已知量表示）。.2.磁流體發(fā)電是一種新型發(fā)電方式，圖1和圖2是其工作原理示意圖。圖1中的長方體是發(fā)電導(dǎo)管，其中空部分的長、高、寬分別為l、、，前后兩個側(cè)面是絕緣體，上下兩個側(cè)面是電阻可略的導(dǎo)體電極，這兩個電極與負(fù)載電阻RL相連。整個發(fā)電導(dǎo)管處于圖2中磁場線圈產(chǎn)生的勻強磁場里，磁感應(yīng)強度為B，方向如圖1所示。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)有電阻率為ρ的高溫、高速電離氣體沿導(dǎo)管向右流動，并通過專用管道導(dǎo)出。由于運動的電離氣體受到磁場作用，產(chǎn)生了電動勢。