专题24-磁流体发电模型-高考物理磁场常用模型(原卷版)

2023年高考物理《磁场》常用模型最新模拟题精练专题24.磁流体发电模型一．选择题1.（2022河北石家庄二中模拟）磁流体发电机，又叫等离子体发电机，图中的燃烧室在3000K的高温下将气体全部电离为电子和正离子，即高温等离子体。高温等离子体经喷管加速后以1000m/s的速度进入矩形发电通道。发电通道有垂直于纸面向内的匀强磁场，磁感应强度B=6T等离子体发生偏转，在两极间形成电势差。已知发电通道长a=50cm，宽b=20cm，高d=20cm，等高速等高子体离子体的电阻率ρ=2Ω·m。则以下判断中正确的是（）

A.因正离子带电量未知，故发电机的电动势不能确定B.图中外接电阻R两端的电压为1200VC.当外接电阻R=8Ω时，发电机的效率最高D.当外接电阻R=4Ω时，发电机输出功率最大2.(2022山东济南重点高中质检)利用海流发电的磁流体发电机原理示意图如图所示，矩形发电管道水平东西放置，整个管道置于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。其上、下两面是绝缘板，南、北两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。已知发电管道长为L、宽为d、高为h，海水在发电管道内以恒定速率v朝正东方向流动。发电管道内的海水在垂直流动方向的电阻为r，海水在管道内流动时受到的摩擦阻力大小恒为f，不计地磁场的影响，则（）A.N侧的电势高B.开关S断开时，M、N两端的电压为BdvC.开关S闭合时，发电管道进、出口两端压力差D.开关S闭合时，电阻R上的功率为3.（2020江苏扬州一模）磁流体发电机的结构简图如图所示。把平行金属板A、B和电阻R连接，A、B之间有很强的磁场，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）以速度v喷入磁场，A、B两板间便产生电压，成为电源的两个电极。下列推断正确的是（）A.A板为电源的正极 B.电阻R两端电压等于电源的电动势C.若减小两极板的距离，则电源的电动势会减小 D.若增加两极板的正对面积，则电源的电动势会增加C4．（2020江苏高考仿真模拟2）如图所示，磁流体发电机的通道是一长为L的矩形管道，通道中左、右两侧壁是导电的，其高为h，相距为a，而通道的上下壁是绝缘的，所加匀强磁场的大小为B，与通道的上下壁垂直。等离子体的速度为v，电阻率为，负载电阻为R，不计摩擦及粒子间的碰撞。下列说法正确的是（）A．顺着运动方向看，左侧壁电势高于右侧壁电势C．该发电机产生的电动势为kRB．负载R上的电流D．为了保持恒定的速度v，通道两端需保持一定的压强差5.(多选)(2020·江苏省南通模拟)利用海流发电的磁流体发电机原理示意图如图所示，矩形发电管道水平东西放置，整个管道置于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。其上、下两面是绝缘板，南、北两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。已知发电管道长为L、宽为d、高为h，海水在发电管道内以恒定速率v朝正东方向流动。发电管道内的海水在垂直流动方向的电阻为r，海水在管道内流动时受到的摩擦阻力大小恒为f，不计地磁场的影响，则()A．N侧的电势高B．开关S断开时，M、N两端的电压为BdvC．开关S闭合时，发电管道进、出口两端压力差F＝f＋eq\f(B2d2v,R＋r)D．开关S闭合时，电阻R上的功率为eq\f(B2d2v2,R)6.(多选)磁流体发电机是一种把物体内能直接转化为电能的低碳环保发电机，其原理示意图如图所示。平行金属板C、D间有匀强磁场，磁感应强度为B，将一束等离子体(高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒)水平喷入磁场，两金属板间就产生电压。定值电阻R0的阻值是滑动变阻器最大阻值的一半，与开关S串联接在C、D两端。已知两金属板间距离为d，喷入等离子体的速度为v，磁流体发电机的电阻为r(R0<r<2R0)，则滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动的过程中()A．金属板C为电源负极，D为电源正极B．磁流体发电机的输出功率一直增大C．电阻R0消耗功率最大值为eq\f(B2d2v2R0,（R0＋r）2)D．滑动变阻器消耗功率最大值为eq\f(B2d2v2,r＋R0)7.如图所示为某种电磁泵模型的示意图，泵体是长为L1，宽与高均为L2的长方体。泵体处在方向垂直向外、磁感应强度为B的匀强磁场中，泵体的上下表面接电压为U的电源（内阻不计），理想电流表示数为I。若电磁泵和水面高度差为h，液体的电阻率为ρ，在t时间内抽取液体的质量为m，不计液体在流动中和管壁之间的阻力，取重力加速度为g，则A．泵体下表面应接电源正极B．电磁泵对液体产生的推力大小为BIL1，C．电源提供的电功率为D．质量为m的液体离开泵体时的动能UIt-mgh-I2t8.(多选)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场．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)沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P、Q与电阻R相连接．下列说法正确的是()A．Q板的电势高于P板的电势B．R中有由a向b方向的电流C．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变D．若只增大粒子入射速度，R中电流增大9．磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则（）A.用电器中的电流方向从B到AB.用电器中的电流方向从A到BC.若只增大带电粒子电量，发电机的电动势增大D.若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大二．计算题1.（14分）（2020浙江稽阳联考）磁流体发电机是对环境污染很少的发电装置，目前，许多国家都积极致力于这方面的研究。关于磁流体发电机的简化模型如图甲所示：磁流体（气体状态的正负离子）在喷射装置的作用下，以相同的水平速度v0源源不断的射入左侧发电通道，发电通道上下两面为金属极板，内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。已知正负离子的质量均为m，带电量为±q，单位体积内正负离子数各为n，离子充满整个发电通道，发电通道的长度足够长，高为d，宽为a，离子间的相互作用不计，重力不计。（1）当发电机的两极板与外界断路，试判断上下极板的电势高低，并求出两极板间的最终电压U0；（2）求喷射装置对磁流体做功的功率P0；（3）当两极板与外电路相连时，两极板间电压为U，且U<U0，正负离子在通道内做复杂的曲线运动，假设正离子在通道中的运动轨迹如图乙中虚线所示（负离子与之类似），已知其在y轴方向上的分运动是简谐运动，求图中最低点M到最高点N的高度差h；(提示：利用简谐运动的对称性)（4）当此发电机的两极板与电阻值为R0的电阻相连组成闭合回路，利用（3）中所得结论，在h<d的情形下，求通过此电阻的电流I（用题干中的已知量表示）。.2.磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、、，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻RL相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图1所示。发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。