Question

如圖所示為實(shí)驗(yàn)用磁流體發(fā)電機(jī)原理圖，兩極間距d=20cm，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T．若接入額定功率P=100W的燈泡，恰好正常發(fā)光，且燈泡L正常發(fā)光時(shí)的電阻R=100Ω，不計(jì)發(fā)電機(jī)內(nèi)阻．求：
（1）打在下極板上的離子的帶電性質(zhì)；
（2）等離子體的流速大小；
（3）若等離子體均為帶電量為e（e為原電荷）的離子，每秒鐘打在極板上的離子數(shù)．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)左手定則判定粒子受力，從而判定下極板帶電性；
（2）根據(jù)離子由受力平衡知

U

d

q=qvB求解流速；
（3）單位時(shí)間打在下極板的粒子數(shù)目為N=

I

2e

．

解答：解：（1）由左手定則知，正離子將打在下極板上，下極板帶正電；
（2）燈泡的額定電壓為U=

PR

=

100×100

V=100V
發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=U=100V
穩(wěn)定時(shí)對(duì)離子由受力平衡知

U

d

q=qvB
所以V=

U

Bd

=

100

5×0.2

m/s=100m/s
（3）I=

U

R

=

100

100

A=1A
單位時(shí)間打在下極板的粒子數(shù)目為N=

I

2e

=3.13×10¹⁸個(gè)
答：（1）打在下極板上的離子的帶電性質(zhì)為正；
（2）等離子體的流速大小為100m/s；
（3）若等離子體均為帶電量為e（e為原電荷）的離子，每秒鐘打在極板上的離子數(shù)為3.13×10¹⁸．

點(diǎn)評(píng)：此題要求學(xué)生掌握左手定則和電流定義，知道穩(wěn)定狀態(tài)的含義．