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06年北京卷)(20分)磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是平静海面上某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。

如图2所示,通道尺寸a2.0mb0.15mc0.10m。工作时,在通道内沿z轴正方向加B8.0T的匀强磁场;沿x轴正方向加匀强电场,使两金属板间的电压U99.6V;海水沿y轴正方向流过通道。已知海水的电阻率ρ0.22Ωm

   1)船静止时,求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向;

2)船以vs5.0m/s的速度匀速前进。若以船为参照物,海水以5.0m/s的速率涌入进水口由于通道的截面积小球进水口的截面积,在通道内海水速率增加到vd8.0m/s。求此时两金属板间的感应电动势U

3)船行驶时,通道中海水两侧的电压U/UU计算,海水受到电磁力的80%可以转化为对船的推力。当船以vs5.0m/s的船速度匀速前进时,求海水推力的功率。

答案

解析

1)根据安培力公式,推力F1=I1Bb,其中I1=Rρ
  Ft= N

 

对海水推力的方向沿y轴正方向(向右)

 

2U=BVb=9.6 V

 

3)根据欧姆定律,I2=A

 

安培推力F2I2Bb720 N

 

对船的推力F80%F2576 N

 

推力的功率Pvs80%F2vs2880 W

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