基于科技背景的磁动力案例选析.pdf

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1、速的加速度口一F安／m—IOin·s一，时间t—v／a一科技背量的0．01s，电路消耗电能E===J(R+r)t一1．6×lO。J，效率一×loo％一96．9．＼磺动力案侧j选斯(4)由于弹丸的速度增大，导体棒切割磁感线产毪生的感应电动势增大，故电源的输出电压应增大，以◇浙江贾方征抵消产生的感应电动势，保证电源为加速弹体提供恒定的电流．基于科技背景、以磁场中安培力为动力的应用题，一直是高考热点试题，也是学生失分较多的高难舞主麓茎度考题．这类考题具有科技气息浓厚、情景新颖多样、功率、效率、牛顿运动定律

2、、能量守恒定律、电磁感应知识综合性强、能力要求高的特点，能有效地考查考定律及动能定理等重要概念与规律．生运用物理知识分析、解决实际问题的能力．2磁动力泵1磁动力炮【背景】磁动力泵又称电磁泵．在原子反应堆中抽【背景】磁动力炮俗称电磁炮，是利用磁场对通电动液态金属，或在医疗机械中抽动血液等导电液体时，导体作用力，即安培力作为推进力的超高速动能武常给导电液体外接一个电源，并将导管置于磁场中，导器．主要由电源、加速装置和炮弹等组成，具有推力大、电液体中电流受安培力作用而驱动导电液体流动．弹头速度高等优点，在

3、防空、航天领域有良好应用前景．例2核反应堆中例1如图1是电使用的电磁泵结构如图磁炮的原理示意简图．22所示．把装有液态钠的根平行、光滑长直金属导矩形截面导管水平放置轨M、N沿水平方向固于匀强磁场中，磁场方定，长L一5in，宽向与导管垂直．导管上图2一1IT1，电阻忽略不计．图1下表面有一对与磁极等在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度宽的金属极板，并外接于直流电源的两极，让流过液B一25T．弹丸质量m一0．1kg，固定于轻质导体棒口6态钠中的电流方向与磁场垂直．已知导管截面高为a、的中央，导体棒长

4、1m，电阻R=O．4Q，且始终与导轨宽为b，导管有长为L的一部分置于磁场中．磁场磁感保持良好接触．可控电源的内阻r一0．6Q，输出电压应强度为B，电源电动势为、内电阻为r，液态钠的电能自行调节，以保证电磁炮匀加速发射．某次发射试阻率为P，钠离子的电荷量为Q，单位体积内参与导电验时，电源为导体棒提供一400A的恒定电流．若忽的自由电荷数为．设整个系统是完全密封的，只有金略空气阻力的影响，求：属钠本身在其中流动，其余的部件都是固定不动的．(1)这次试验中电磁炮发射的速度．(1)说明液态钠受到的磁场驱动力

5、的方向．(2)这次试验中可控电源的输出功率与效率．(2)求导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加(3)该系统在这次试验中发射电磁炮的效率．压强P．(4)请说明电源的输出电压如何调节，才能保证(3)求液态钠在电流方向上钠离子定向移动的平电磁炮匀加速发射．均速率．(1)通电导体棒n所受安培力F安一Bid一，—(1)液态钠中电流方1oN，发射过程由动能定理得F安L：÷m，，解析向、磁场方向的截面图厶如图3所示，由左手定则可知，得发射速度一10。m·S～．驱动力即安培力的方向沿导管(2)可控电源的输出功率P一

6、12R一6．4×10水平向里，且与B、I均垂直．图3w，内耗功率P内一J。r===9．6×l0W，效率刀一p(2)液态钠柱接人电路的电l_一×100=40．出0同~JtR=pa／bL，电路中的电流工一．液态钠所受磁(3)弹丸获得动能Ek—。／2—5×10J，匀加人类最有价值的道德是什么?那就是爱国心数31场力F—BIa，在垂直于导管横截面上所产生的附加求海水推力的功率．(4)试设计1个优化方案，使该推进船能够转弯，压强—F／S=F／nb·整理可得一·并说明如何“倒车”．(3)由电流微观式得—nQvS

7、===nQvbL，结合问◇解析(1)通道内海水中的电流一U／R，海水电阻题(2)中与R的表达式，可推得钠离子定向移动的R—p6／nf，受到安培力F—Bib，得海水推力平均速率一·F—BUac／p=796．8N，推力方向沿Y轴正方向，或与海水出口方向相同．譬霸详占电磁泵与电磁炮均由安培力提供驱动力，差(2)长为b、速度为7d的海水柱在通道磁场中做异之处是电磁泵的受力对象为导电流体柱．切割运动产生的感应电动势U感一Byb一9．6V．本题主要考查左手定则、电阻定律、欧姆定律及安培(3)根据欧姆定律有i1_

8、一下(U-U．)ac一6OO力、压强、电流等知识点．液态钠接入电路时的电阻表】、矾J述式，电流与平均速率的微观表述式，易列式错误．A，安培力F一BIb一720N，对船的推力功率P—3磁动力船F推·一8O％F·一2880W．【背景】磁动力船又称磁流体推进船，是利用电磁(4)在推进船下方的左、右2侧分别安装2组数作用把电能转化为机械能来推动船体前行．船底装有量相同的推进器，通过开启或关闭不同数目的左、右2流过海水的管道，管道外装有超导线圈构成的电磁体侧的推进器，实施推进船