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磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用,如图a所示是在平静海面上某实验船...

磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用,如图a所示是在平静海面上某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。如图b所示,通道是尺寸为的长方体,工作时,在通道内沿z轴正方向加磁感应强度为B的匀强磁场。海水沿y轴方向流过通道,已知海水的电阻率ρ。

(1)若推进船静止不动,在P、Q间连接一电阻不计的导线,海水以v0速度沿着y轴运动,试求此时通过连接导线的电流强度。

(2)假若海水开始静止,在P、Q面间加可以自动调节的电压,可使流过通道内海水的电流保持恒定值I。回答以下问题:

①要使磁流体推进船沿着负y轴方向运动,图b中P、Q哪点电势高?

②若船保持静止,通道内海水以v0速度匀速运动,求推进器对海水推力的功率;

③若船以vs的速度匀速前进,在通道内海水的速率增加到vd 。试求磁流体推进器消耗的功率。

 

(1)(2)P点的电势高(3)(4) 【解析】(1)海水以v0速度切割产生感应电动势: ① 海水的电阻满足: ② 联立解得: (2)使磁流体推进船沿着负y轴方向运动,由于反冲运动,海水受到的安培力沿着正y轴方向,由左手定 则 得电流由P指向Q点,P点的电势高。 (3)受到的安培力为: ③ 推进器对海水推力的功率: ④ 联立解得: 。 ⑤ (4)在通道内海水的速率增加到vd,受到的安培力为: ⑥ 推进器对海水推力的功率: ⑦ 电阻消耗的热功率为: ⑧ ⑨ 磁流体推进器消耗的功率为: ⑩ 联立解得: 。 点睛:本题是力电综合问题,关键是明确磁流体推进器的工作原理,结合平衡条件、洛伦兹力公式、安培力公式、功能关系、左手定则分析。  
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某装置用磁场控制带电粒子的运动,工作原理图如图所示。装置的长L=,上下两个相同的矩形区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小相同、方向与纸面垂直且相反,两磁场的间距为d,装置右端有一收集板,N、P为板上的两点,N、P分别位于下方磁场的上、下边界上。一质量为m、电荷量为-q的粒子静止在A处,经加速电场加速后,以速度v0沿图中的虚线从装置左端的中点O射入,方向与轴线成60°角。可以通过改变上下矩形区域内的磁场强弱(两磁场始终大小相同、方向相反),控制粒子到达收集板上的位置。不计粒子的重力。

(1)试求出加速电压U的大小;

(2)若粒子只经过上方的磁场区域一次,恰好到达收集板上的P点,求磁场区域的宽度h;

(3)欲使粒子经过上下两磁场并到达收集板上的N点,磁感应强度有多个可能的值,试求出其中的最小值B。

 

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如图所示为水上滑梯的简化模型:倾角θ=37°斜滑道AB和水平滑道BC平滑连接,起点A距水面的高度H=7mBCd=2m,端点C距水面的高度h=1m。质量m=50kg的运动员从滑道起点A点无初速地自由滑下,运动员与ABBC间的动摩擦因数均为μ=01。已知cos37°=08sin37°=06,运动员在运动过程中可视为质点,g10 m/s2。求:

1)运动员从A滑到B所需的时间t

2)运动员到达C点时的速度大小VC

3)保持水平滑道端点在同一竖直线上,调节水平滑道高度h和长度d到图中B′C′ 位置时,运动员从滑梯平抛到水面的水平位移最大,求此时滑道B′C′距水面的高度h′

 

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一辆总质量为20t 的卡车在下坡时,司机突然发现刹车失灵,同时发动机又失去动力,此时速度表的示数为54km/h,卡车继续沿坡匀加速直行200m、下降高度50m后, 刚好进入一条避险车道如图所示,此时速度表的示数为90 km/h。已知卡车在下坡过程中所受阻力恒定,g取10 m/s2

1求从发现刹车失灵至到达避险车道这一过程卡车运动的时间;

2求卡车在运动过程中所受阻力的大小;

3避险车道是与水平面夹角为17度的斜坡,卡车在避险车道上受到的阻力是下坡公路上的3倍,求卡车在避险车道上运动的最大位移。sin17°=0.3

 

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