Question

（16分）磁流體發(fā)電技術(shù)是世界上正在研究的新興技術(shù)，它有效率高（可達(dá)45％-55％，火力發(fā)電效率為30％）、污染少等優(yōu)點(diǎn)，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）以聲速的0.8～2.5倍的速度噴射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A，B（相當(dāng)于電源的兩個(gè)極，并與外電阻R相連），這時(shí)A，B上就積聚電荷產(chǎn)生電壓，設(shè)粒子所帶電量為q，進(jìn)入磁場(chǎng)的噴射速度是v，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，AB間的距離為d．

（1）說明磁流體發(fā)電中能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系，求出兩極間電壓的最大值；

（2）設(shè)磁流體發(fā)電機(jī)內(nèi)阻為r，當(dāng)外電阻R是多少時(shí)輸出功率最大？并求最大輸出功率；

（3）磁懸浮現(xiàn)象是指將某種低溫液態(tài)物質(zhì)倒入金屬盤后，能使金屬盤達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度從而產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，在金屬盤上方釋放一永磁體，當(dāng)它下落到盤上方某一位置時(shí)即產(chǎn)生磁懸浮現(xiàn)象，試分析說明產(chǎn)生磁懸浮現(xiàn)象的原因；

（4）利用磁懸浮現(xiàn)象，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)制成磁懸浮高速列車，此種列車車廂下部裝有電磁鐵，運(yùn)行所需槽形導(dǎo)軌的底部和側(cè)壁裝有線圈，其作用是什么?這種列車的運(yùn)行速度是一般列車的3～4倍，簡(jiǎn)述能達(dá)到這樣高速的原因。

Answer 1

解析：

（1）磁流體發(fā)電是由等離子體動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能；當(dāng)兩極間有最大電壓時(shí)，進(jìn)入兩極間的等離子體所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力相等，根據(jù)＝qvB，得最大電壓為＝Bvd；

（2）當(dāng)外電阻R＝r時(shí)，此磁流體發(fā)電機(jī)有最大功率

（3）這是由于永磁體被釋放下落的過程中穿過金屬盤的磁通量增加，盤中將產(chǎn)生感應(yīng)電流（因是超導(dǎo)材料，無焦耳熱產(chǎn)生），其磁場(chǎng)方向與永磁體的磁場(chǎng)方向相反，從而使永磁體受到阻礙其下落的力，使磁體保持懸浮狀態(tài)；

（4）磁懸浮高速列車車廂下部裝有電磁鐵，運(yùn)行所需槽形導(dǎo)軌的底部和側(cè)壁裝有線圈，其作用是提供磁場(chǎng)，列車能達(dá)到這樣高速的主要原因是大大減小了運(yùn)行中的摩擦力。