为了降低潜艇噪音,提高其前进速度,可用电磁推进器替代螺旋桨。潜艇下方有左、右两组推进器,每组由6个相同的用绝缘材料制成的直线通道推进器构成,其原理示意图如下。在
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为了降低潜艇噪音,提高其前进速度,可用电磁推进器替代螺旋桨。潜艇下方有左、右两组推进器,每组由6个相同的用绝缘材料制成的直线通道推进器构成,其原理示意图如下。在
题型:不详
难度:
来源:
为了降低潜艇噪音,提高其前进速度,可用电磁推进器替代螺旋桨。潜艇下方有左、右两组推进器,每组由6个相同的用绝缘材料制成的直线通道推进器构成,其原理示意图如下。在直线通道内充满电阻率
ρ
=0.2Ω∙m的海水,通道中
a
×
b
×
c
=0.3m×0.4m×0.3m的空间内,存在由超导线圈产生的匀强磁场,其磁感应强度
B
=6.4T、方向垂直通道侧面向外。磁场区域上、下方各有
a
×
b
=0.3mx0.4m的金属板
M
、
N
,当其与推进器专用直流电源相连后,在两板之间的海水中产生了从
N
到
M
,大小恒为
I
=1.0×10
3
A的电流,设电流只存在于磁场区域。不计电源内阻及导线电阻,海水密度
ρ
=1.0×103kg/m
3
。
(1)求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小,并判断其方向。
(2)在不改变潜艇结构的前提下,简述潜艇如何转弯?如何倒车?
(3)当潜艇以恒定速度
v
0
=30m/s前进时,海水在出口处相对于推进器的速度
v
=34m/s,思考专用直流电源所提供的电功率如何分配,求出相应功率的大小。
答案
(1)
用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右(或与海水出口方向相同)
(2)根据受力情况,通过开启、关闭推进器实现“转弯”,通过改变磁场力的方向实现“倒车”。
(3)4.6
10
4
W
解析
【解题思路】(1)海水作为通电直导线,长度为c,根据安培力公式F=BIL求解。
(2)根据受力情况,通过开启、关闭推进器实现“转弯”,通过改变磁场力的方向实现“倒车”。
(3)功率分为三部分:牵引力功率,由题意可得船受到的牵引力,由功率公式可求得牵引力的功率。热功率,电流流过导体必产生焦耳热,根据焦耳热公式
,可求热功率。功率的第三部分是单位时间内海水动能的增加量,建立物理模型,设
时间内喷出海水的质量为m,求出m质量的海水在
时间内的动能增量
,根据公式
,可求解功率。
(1)将通电海水看成导线,所受磁场力:
F=IBL
,代入数据得:
F=IBc
=
用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右(或与海水出口方向相同)
(2)考虑到潜艇下方有左、右2组推进器,可以开启或关闭不同个数的左、右两侧的直线通道推进器,实施转弯。改变电流方向,或者磁场方向,可以改变海水所受磁场力的方向,根据牛顿第三定律,使潜艇“倒车”。
(3)电源提供的电功率中的第一部分:牵引功率
,根据牛顿第三定律:
=12IBL
当
时,代入数据得:
第二部分:海水的焦耳热功率
对单个直线推进器,根据电阻定律:
代入数据得:
由热功率公式,
代入数据得:
第三部分:单位时间内海水动能的增加值
设
时间内喷出海水的质量为m,
考虑到海水的初动能为零,
m=
=12
=4.6
10
4
W
【考点定位】本题考查的是带点粒子在磁场中的运动、电功率、热功率等知识,考查电磁感应及安培力在生产生活中的应用,解题的关键在于明确题意,并要求学生能正确理解立体图形的含义,题目巧设问题情境,用活知识规律,使所学知识鲜活了起来。着眼于科技前沿,立足于高中课本知识的考题,一方 面考查了学生联想、迁移、分析的能力和科学素养、思维、学习习惯,另一方面也使学生感到:高新技术虽然“高”,而且“新”,可是同样是依赖于我们熟悉的传统的基础知识,并非 空中楼阁,高不可攀。本题对学生空间想象能力要求较高.题型新颖,综合性强,难度很大。
举一反三
一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中,由于发生了衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹,两圆半径之比为1:16( )
A.该原子核发生了
衰变
B.反冲核沿小圆做逆时针方向运动
C.原静止的原子核的原子序数为15
D.沿大回和沿小圆运动的粒子的周期相同
题型:不详
难度:
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洛伦兹力使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,下列各图中均标有带正电荷粒子的运动速度、洛伦兹力及磁场B的方向,虚线圆表示粒子的轨迹,其中可能正确的是( )
题型:不详
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一束混合粒子流从一发射源射出后,进入如图所示的磁场,分离为1、2、3三束,则不正确的是 ( )
A.1带正电
B.1带负电
C.2不带电
D.3带负电
题型:不详
难度:
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如右图所示,没有磁场时,显像管内电子束打在荧光屏正中的O点,加磁场后电子束打在荧光屏O点上方的P点,则所加磁场的方向可能是( )
A.垂直于纸面向内
B.垂直于纸面向外
C.平行于纸面向上
D.平行于纸面向下
题型:不详
难度:
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如右图所示,一带电粒子垂直射入一垂直纸面向里自左向右逐渐增强的磁场中,由于周围气体的阻尼作用,其运动径迹为一段圆弧线,则从图中可以判断(不计重力)( )
A.粒子从A点射入,速率逐渐减小
B.粒子从 A点射入,速率逐渐增大
C.粒子带负电,从B点射入磁场
D.粒子带正电,从B点射入磁场
题型:不详
难度:
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