Question

（16分）磁流體發電技術是世界上正在研究的新興技術，它有效率高（可達45％-55％，火力發電效率為30％）、污染少等優點，將一束等離子體（高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的微粒）以聲速的0.8～2.5倍的速度噴射入勻強磁場中，磁場中有兩塊金屬板A，B（相當于電源的兩個極，并與外電阻R相連），這時A，B上就積聚電荷產生電壓，設粒子所帶電量為q，進入磁場的噴射速度是v，磁場的磁感應強度為B，AB間的距離為d．

（1）說明磁流體發電中能量的轉換關系，求出兩極間電壓的最大值；

（2）設磁流體發電機內阻為r，當外電阻R是多少時輸出功率最大？并求最大輸出功率；

（3）磁懸浮現象是指將某種低溫液態物質倒入金屬盤后，能使金屬盤達到轉變溫度從而產生超導現象，在金屬盤上方釋放一永磁體，當它下落到盤上方某一位置時即產生磁懸浮現象，試分析說明產生磁懸浮現象的原因；

（4）利用磁懸浮現象，人們已經設計制成磁懸浮高速列車，此種列車車廂下部裝有電磁鐵，運行所需槽形導軌的底部和側壁裝有線圈，其作用是什么?這種列車的運行速度是一般列車的3～4倍，簡述能達到這樣高速的原因。

Answer 1

解析：

（1）磁流體發電是由等離子體動能轉化成電能；當兩極間有最大電壓時，進入兩極間的等離子體所受的電場力與洛倫茲力相等，根據＝qvB，得最大電壓為＝Bvd；

（2）當外電阻R＝r時，此磁流體發電機有最大功率

（3）這是由于永磁體被釋放下落的過程中穿過金屬盤的磁通量增加，盤中將產生感應電流（因是超導材料，無焦耳熱產生），其磁場方向與永磁體的磁場方向相反，從而使永磁體受到阻礙其下落的力，使磁體保持懸浮狀態；

（4）磁懸浮高速列車車廂下部裝有電磁鐵，運行所需槽形導軌的底部和側壁裝有線圈，其作用是提供磁場，列車能達到這樣高速的主要原因是大大減小了運行中的摩擦力。