Question

磁流體發(fā)電是一項新興技術，它可以把物體的內能直接轉化為電能，如圖所示，平行金屬板A、B之間相距為d，板間的磁場按勻強磁場處理，磁感應強度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場，金屬板A、B是邊長為a的正方形，等離子體的電阻率為ρ，外接電阻R．求：
（1）發(fā)電機的電動勢；
（2）電阻R上的電流；
（3）要使等離子體能進入磁場所需的外力．

Answer 1

分析：等離子體受到洛倫茲力發(fā)生偏轉，根據(jù)正電荷的偏轉方向確定直流電源的正極．最終電荷在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，根據(jù)平衡求出電源的電動勢；
根據(jù)閉合電路歐姆定律計算電流大��；根據(jù)安培力等于外力，結合安培力公式，即可求解．

解答：解：（1）最終電荷在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，有：qvB=q

E

d

，得發(fā)電機的電動勢 E=Bdv；
（2）內阻：r=ρ

d

a2

，外電阻R；
根據(jù)閉合電路歐姆定律有：I=

E

R+r

通過電阻R的電流大小為：I=

E

R+r

=

Bdv

R+ρ d a2

=

Bdva2

Ra2+ρd

；
（3）等離子體能進入磁場所需的外力，等于安培力大小，則有：F=BIl=B

Bdva2

Ra2+ρd

?d=

B2d2a2v

Ra2+ρd

，
因此外力F=

B2d2a2v

Ra2+ρd

．
答：（1）發(fā)電機的電動勢Bdv；
（2）電阻R上的電流

Bdva2

Ra2+ρd

；
（3）要使等離子體能進入磁場所需的外力

B2d2a2v

Ra2+ρd

．

點評：解決本題的關鍵掌握左手定則判斷洛倫茲力的方向，以及會根據(jù)電荷的平衡求出電動勢的大小，即極板間的電勢差，注意安培力與外力的關系．