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=0.2 Ω·m的海水,通道中a×b×c=0.3 m×0.4 m×0.3 m的空间内,存在着由超导线圈产生的匀强磁场,其磁感应强度B=6.4 T、方向垂直通道侧面向外.磁场区域上、下方各有a×b=0.3 m×0.4 m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=1.0×103 A的电流,设该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ρm≈1.0×103 kg/m3.(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v0=30 m/s前进时,海水在出口处相对于推进器的速度v=34 m/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.
解析:(1)将通电海水看成导线,所受磁场力
F=IBL
代入数据得:F=IBc=1.0×103×6.4×0.3 N=1.92×103 N
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,可以改变海水所受到磁场力的方向,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
P1=F牵v0
根据牛顿第三定律:F牵=12IBL
当v0=30 m/s时,代入数据得:
P1=F牵v0=12×1.92×103×30 W=6.9×105 W
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:
R=ρ
代入数据得:R=ρ=0.2× Ω=0.5 Ω
由热功率公式,P=I2R
代入数据得:P单=I2R=5.0×105 W
P2=12×5.0×105 W=6.0×106 W
第三部分:单位时间内海水动能的增加值
设Δt时间内喷出的海水的质量为m
P3=12×
考虑到海水的初动能为零,
ΔEk=Ek=mv
m=ρmbcv水对地Δt
P3=12×=12×ρmbcv=4.6×104 W.
答案:(1)1.92×103 N,方向向右(或与海水出口方向相同)
(2)见解析
(3)①牵引功率6.9×105 W'②海水焦耳热功率6.0×106 W'③单位时间海水动能增加值4.6×104 W
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某科研单位设计了一空间飞行器,飞行器从地面起飞时,发动机提供的动力方向与水平方向夹角α=60°,使飞行器恰恰与水平方向成θ=30°角的直线斜向右上方匀加速飞行,经时间t后,将动力的方向沿逆时针旋转60°同时适当调节其大小,使飞行器依然可以沿原方向匀减速飞行,飞行器所受空气阻力不计,下列说法中正确的是( )
A.加速时加速度的大小为
B.加速时动力的大小等于
C.减速时动力的大小等于
D.减速飞行时间2t后速度为零
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一点电荷仅受电场力作用,由A点无初速释放,先后经过电场中的B点和C点。点电荷在A、B、C三点的电势能分别用EA、EB、EC表示,则EA、EB和EC间的关系可能是 ( )
A.EA>EB>EC B.EA<EB<EC
C.EA<EC<EB D.EA>EC>EB
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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.在直线通道内充满电阻率ρ=0.2 Ω·m的海水,通道中a×b×c=0.3 m×0.4 m×0.3 m的空间内,存在着由超导线圈产生的匀强磁场,其磁感应强度B=6.4 T、方向垂直通道侧面向外.磁场区域上、下方各有a×b=0.3 m×0.4 m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=1.0×103 A的电流,设该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ρm≈1.0×103 kg/m3.(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v0=30 m/s前进时,海水在出口处相对于推进器的速度v=34 m/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.
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如图所示,有一垂直于纸面向外的有界匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,其边界为一边长为L的正三角形(边界上有磁场),A、B、C为三角形的三个顶点.今有一质量为m、电荷量为+q的粒子(不计重力),以速度v=从AB边上的某点P既垂直于AB边又垂直于磁场的方向射入磁场,然后从BC边上某点Q射出.若从P点射入的该粒子能从Q点射出,则
A. PB≤L B. PB≤L
C. QB≤L D. QB≤L
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让原来静止的质子(H)氘核()和氚核(13H)的混合物经过同一加速电场的加速后,各核具有
A、相同的速度 B、相同的动能 C、在电场中运动相同的时间 D、以上都不正确
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一个质子以速度v垂直电场方向飞入平行板间的匀强电场中,它飞离电场时的偏移量为d1,如果换成一个.α粒子以速度2v垂直电场方向飞入该电场,飞离时的偏移量为d2,则下列正确的是
A、 d1 :d2=1:1 B、 d1 :d2=4:1 C 、d1 :d2=16:1 D、 d1 :d2=8:1
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皮球从3m高处竖直落下,被地板竖直弹回,在距地面1m高处被接住,规定竖直向下的方向为正方向,则皮球通过的路程和位移为分别为( )
A. 4m和2m B. 4m和﹣2m C. 3m和2m D. 4m和﹣1m
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如图所示的电路中,当R1的滑片向左移动时,(电压表V1并联在R1两端,电压表V2并联在R2两端),若电压表V1和电压表V2的示数的变化量分别为△U1和△U2(均为绝对值),则△U1和△U2的大小关系是( )
A. △U1<△U2 B. △U1=△U2
C. △U1>△U2 D. 条件不足,无法确定
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