高中物理,如图。像图中这种磁流体问题的最大电动势是不是定值,还是随着V大U就大,没有固定的值呢?
这个磁流体发电机中穿入的是等离子体,而离子中既含有正离子,又含有负离子。这样我们选取正离子为例来研究一下偏转方向。
当正离子进入P、Q两板中时,空间存在N指向S极的匀强磁场。根据左手定则,利用左手可以判断正离子会受到垂直于N、S极向上的洛伦兹力,使得正离子偏转到P板。这时原本不带电的P、Q两板产生了电势差,并且P板电势高于Q板。A、B错。此后进入的正离子同时受洛伦兹力和电场力。如图所示:
由于一开始偏转到P板的正离子还不够多,使得进入的正离子受到的洛伦兹力大于电场力。那么,qvB>qE,两力不平衡,正离子仍然偏转到P板,使得两板间的电势差继续增大。
在两板电势差持续增大的过程中,电场力qE逐渐增大。当洛伦兹力和电场力平衡之后,qvB=qE,此后以这个速度进入的正离子不再偏转,即做匀速直线运动。此时,两板之间的电场强度E=vB,假设P、Q两板间距离为d,则两板之间的电势差达到最大值为U=Bvd。很明显磁感应强度B变化,电势差随之U变化,使得流过R上的电流发生改变。C错。
从这个表达式可以看出U与v有关,并且v越大对应的U也会增大。D对。所以,当进入的正离子速度比v大,则这个状态下洛伦兹力大于电场力,正离子仍偏转,使得最后的最大电势差继续增大。所以,可以认为最大电势差与进入的速度有关,并且速度增大,这个最大电势差就会持续增大。
首先解题
AB两个选项的说法你都判断出来是错的,略过
C选项,根据左手定则可以判断带电离子在磁场中所受的洛伦兹力,正电粒子都是往P板方向运动,负电粒子往Q板运动。在改变磁场大小的情况下,PQ两板之间的电势差会改变,而电阻值R不变,所以电流大小也会改变。C错
D选项,根据你推导出来的公式判断说法正确,略过
然后来解答你的疑惑
最大电动势不是定值,随着等离子体的速度增大而增大。你说的相等是指什么,这是两个不同的物理值,有着不同的意义,如何相等。然后你又说道偏转,我明白你想说什么相等了,这里的相等是指带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力与其在电场中所受的电场力等大反向,然后达到一个稳定的平衡态,两板之间的电势差就稳定了
它们为什么会想等呢?
开始时洛伦兹力会比电场力大,所以带电粒子会按洛伦兹力方向偏转,带电粒子一直往PQ两板上附着,行程电场。等PQ两板上的等带电粒子累积到一定程度的时候,PQ两板的电场强度也达到了可以抵消洛伦兹力影响的程度
F洛=qvB
F电=qE=qU/d