4.某人設(shè)計(jì)了一種潛艇,利用電磁推進(jìn)代替了螺旋槳.潛艇推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為如圖所示,水從推進(jìn)管道中流過(guò).不考慮管道中水流與管壁以及水之間的粘滯阻力作用,管道中有一個(gè)長(zhǎng)方體狀的區(qū)域,該區(qū)域橫截面積和入水口是一樣的,尺寸為a×b×c,其中由超導(dǎo)磁鐵產(chǎn)生了穩(wěn)定勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,磁場(chǎng)方向沿著b方向垂直紙面向外.在上下兩個(gè)面各有一塊a×b大小的電極,接入直流電源,假設(shè)電流只在這個(gè)長(zhǎng)方體區(qū)域內(nèi)存在,并且是均勻的,穩(wěn)定狀態(tài)電流大小為I,海水密度為ρm,海水電阻率為ρ,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)任意一管道橫截面海水的體積相等.假設(shè)穩(wěn)定流動(dòng)后潛水艇進(jìn)水口壓強(qiáng)為p0,出水口壓強(qiáng)為r2(未知),進(jìn)水口面積為S=b×c,出水口面積為S2=kS,進(jìn)水口的流速v0,在潛艇參照系中,試求:
(1)磁場(chǎng)對(duì)海水磁場(chǎng)力產(chǎn)生的附加壓強(qiáng).
(2)計(jì)算穩(wěn)定流動(dòng)后直流電源的輸出功率.(用v0、ρ、B、I、b、a、c表示).
(3)穩(wěn)定流動(dòng)后出水口水的流速v2和壓強(qiáng)p2.(用p0、ρm、B、I、v0、k、b等表示)

分析 (1)根據(jù)安培力的公式:F=BIL計(jì)算出安培力的大小,該安培力的大小即磁場(chǎng)對(duì)海水磁場(chǎng)力產(chǎn)生的附加壓力,由P=$\frac{F}{S}$計(jì)算壓強(qiáng);
(2)根據(jù)R=$ρ\frac{L}{S}$計(jì)算電阻值,根據(jù)U=IR計(jì)算極板兩端的電壓,最后由P=UI即可計(jì)算電源的功率;
(3)當(dāng)帶電粒子在電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的作用下處于平衡狀態(tài)時(shí),海水的流速達(dá)到最大,由此求出速度,由V=Svt即可求出流量;根據(jù)流水的壓強(qiáng)公式求出壓強(qiáng).

解答 解:(1)由圖可知,磁場(chǎng)的寬度為c,磁場(chǎng)對(duì)管道內(nèi)海水有力的作用為F=BIc,
安培力產(chǎn)生的壓強(qiáng):$△P=\frac{F}{{S}_{1}}=\frac{BIc}{bc}=\frac{BI}$
(2)該體積內(nèi)海水的電阻值:R=$\frac{ρc}{ab}$
所以其兩端的電壓:U=IR=$\frac{ρIc}{ab}$
穩(wěn)定流動(dòng)后直流電源的輸出功率:P=UI=$\frac{ρ{I}^{2}c}{ab}$
(3)當(dāng)帶電粒子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下處于平衡狀態(tài)時(shí),海水的流速達(dá)到最大,此時(shí):
$Bqv=\frac{qU}{c}$
所以:v=$\frac{U}{Bc}=\frac{ρIc}{abBc}=\frac{ρI}{abB}$
磁場(chǎng)區(qū)域處的橫截面積與進(jìn)水口處的橫截面積相等,所以:v=v0
進(jìn)水口的流量與出水口處的流量是相等的,即:S•v0=S2•v2
又:S2=kS
聯(lián)立得v2=$\frac{ρI}{k•ab•B}$
根據(jù)伯努利方程:$P+\frac{1}{2}ρm{v}^{2}+ρgh=C$
由于在相同的水平方向,所以得:
${P}_{0}+\frac{1}{2}ρ{mv}_{0}^{2}={P}_{2}+\frac{1}{2}ρ{mv}_{2}^{2}$
整理得:P2═${P}_{0}+\frac{1}{2}ρm{(v}_{0}^{2}+\frac{{ρ}^{2}{I}^{2}}{{a}^{2}^{2}{B}^{2}})$
答:(1)磁場(chǎng)對(duì)海水磁場(chǎng)力產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)是$\frac{BI}$.
(2)計(jì)算穩(wěn)定流動(dòng)后直流電源的輸出功率是$\frac{ρ{I}^{2}c}{ab}$.
(3)穩(wěn)定流動(dòng)后出水口水的流速是$\frac{ρI}{k•ab•B}$和壓強(qiáng)${P}_{0}+\frac{1}{2}ρm{(v}_{0}^{2}+\frac{{ρ}^{2}{I}^{2}}{{a}^{2}^{2}{B}^{2}})$

點(diǎn)評(píng) 本題的解題關(guān)鍵是掌握左手定則和牛頓第三定律,并能正確運(yùn)用,注意與右手定則的區(qū)別關(guān)鍵是抓住海水中壓強(qiáng)與磁場(chǎng)產(chǎn)生的壓強(qiáng),利用好伯努利方程即可

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

18.下列現(xiàn)象中由干涉產(chǎn)生的是(  )
A.天空出現(xiàn)彩虹B.肥皂泡在陽(yáng)光下呈現(xiàn)彩色條紋
C.陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡形成彩色光帶D.水中氣泡看起來(lái)很亮

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

19.在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí),
(1)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一條紙帶的合理的操作步驟是BADC.(將字母按合理的順序排列)
A.釋放紙帶     B.接通電源     C.取下紙帶     D.切斷電源
(2)有同學(xué)用甲圖裝置獲得一條紙帶,紙帶的前面部分如乙圖所示,出現(xiàn)部分點(diǎn)跡不在一條直線上的原因可能是放紙帶前后手有抖動(dòng)(填“先放紙帶再通電”或“放紙帶前后手有抖動(dòng)”).
(3)有同學(xué)將原裝置(甲圖)改為如丙圖所示,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置放低,鐵架臺(tái)上方再固定一橫桿,先將紙帶壓在橫桿上,然后釋放.上述改進(jìn)的好處是①增加穩(wěn)定性②易于對(duì)齊減少摩擦.(至少寫(xiě)出一點(diǎn))

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

16.如圖,轟炸機(jī)沿水平方向勻速飛行,到達(dá)山坡底端正上方時(shí)釋放一顆炸彈,并垂直擊中山坡上的目標(biāo)A.已知A點(diǎn)高度為h,山坡傾角為θ,由此求出轟炸機(jī)飛行的速度$\sqrt{gh}$,轟炸機(jī)飛行的時(shí)間$\frac{1}{tanθ}$$\sqrt{\frac{h}{g}}$.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

3.粗細(xì)均勻的玻璃管,一端封閉,長(zhǎng)為12cm,一個(gè)人手持玻璃管開(kāi)口豎直向下潛入水中,當(dāng)潛到水下某深度時(shí)看到水進(jìn)入玻璃管口2cm,求管口距液面的深度.(取水面上大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa,g取10m/s2,池水中溫度恒定)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

9.2015年12月29日0時(shí)04分,中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射高分四號(hào)衛(wèi)星,高分四號(hào)衛(wèi)星是中國(guó)首顆地球同步軌道分辨率遙感衛(wèi)星,而美國(guó)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)由運(yùn)行周期為12小時(shí)的圓軌道衛(wèi)星群組成,則下列說(shuō)法正確的是( 。
A.發(fā)射高分四號(hào)衛(wèi)星,發(fā)射速度只要大于7.9km/s就可以
B.高分四號(hào)衛(wèi)星的線速度與GPS衛(wèi)星的線速度之比為$\root{3}{\frac{1}{2}}$
C.高分四號(hào)衛(wèi)星的機(jī)械能一定大于GPS衛(wèi)星的機(jī)械能
D.衛(wèi)星向地面上同一物體拍照時(shí)GPS衛(wèi)星拍攝視角小于高分四號(hào)衛(wèi)星拍攝視角

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

16.如圖所示,虛線a、b、c代表電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面,相鄰等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等,即Uab=Ubc,實(shí)線為一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場(chǎng)力作用下通過(guò)該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡,P、Q是這條軌跡上的兩點(diǎn),據(jù)此可知( 。
A.三個(gè)等勢(shì)面中,a的電勢(shì)最低
B.帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能較Q點(diǎn)小
C.帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能較Q點(diǎn)大
D.帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度較Q點(diǎn)的小

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

13.如圖所示,質(zhì)量為m的小球自傾角為45°斜面上方某一高度處的P點(diǎn)自由下落,恰好撞擊到斜面上的Q點(diǎn),經(jīng)斜面撞擊后小球沿曲線運(yùn)動(dòng)到達(dá)斜面的底端O處,已知該球垂直撞擊斜面時(shí)能等速率反彈,且PQ間距為h,在不計(jì)空氣阻力的情況下,下列有關(guān)小球運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法中正確的有( 。
A.球在Q點(diǎn)撞擊斜面后做平拋運(yùn)動(dòng)
B.小球自由下落的時(shí)間與兩次撞擊的時(shí)間間隔是相等的
C.初始釋放高度PM是兩次撞擊高度差QM的2倍
D.若降低釋放點(diǎn)P,則兩次撞擊點(diǎn)的間距也同比例減小

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

14.汽車在路上出現(xiàn)故障時(shí),應(yīng)在車后放置三角警示牌(如圖所示),以提醒后面駕車司機(jī)減速安全通過(guò).在夜間,有一貨車因故障停駛,后面有一小轎車以30m/s的速度向前駛來(lái),由于夜間視線不好,小轎車駕駛員只能看清前方50m內(nèi)的物體,并且他的反應(yīng)時(shí)間為0.6s,制動(dòng)后最大加速度為5m/s2.假設(shè)小轎車始終沿直線運(yùn)動(dòng).下列說(shuō)法正確的是( 。
A.小轎車從剎車到停止所用的最短時(shí)間為6 s
B.小轎車的剎車距離(從剎車到停止運(yùn)動(dòng)所走的距離)為80 m
C.小轎車運(yùn)動(dòng)到三角警示牌時(shí)的最小速度為25 m/s
D.三角警示牌至少要放在車后58 m遠(yuǎn)處,才能有效避免兩車相撞

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