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机械工程中的磁流体技术的应用与改进研究随着科技的进步和工程领域的创新，机械工程中的磁流体技术在各个领域得到了广泛的应用和改进研究。
磁流体技术是一种利用磁性流体材料的特性，通过磁场的控制和调节实现流体的流动和控制的技术。
这项技术的应用涵盖了液体密封、刹车系统、声波传递以及工业机械控制等方面。
一、磁流体技术在液体密封中的应用磁流体技术在液体密封领域的应用是其中的重要研究方向之一。
传统的液体密封技术存在着易泄露、易磨损和使用寿命短等问题，而磁流体技术能够通过磁场的调节，实现密封的可控制和自适应性。
磁流体密封的原理是利用磁流体在外磁场作用下的特性，实现对轴承、密封面等部件的密封。
这种技术的应用不仅可以提高密封性能，减少泄漏，还可以避免由于润滑剂泄漏而带来的环境污染问题。
二、磁流体技术在刹车系统中的应用磁流体技术在刹车系统中的应用也是近年来得到广泛研究的重要方向。
传统的刹车系统存在着磨损、噪声大以及对刹车力的控制不准确等问题，而利用磁流体技术可以通过调节磁场的强度和位置，实现对刹车力的精确控制和调节。
磁流体刹车系统的工作原理是通过改变磁场的强度和位置，控制磁流体的粘度和流动性，从而实现对刹车力的控制和调节。
这种刹车系统具有刹车力平稳、响应速度快、噪声小等优点，能够满足各个工程领域对刹车性能的要求。
三、磁流体技术在声波传递中的应用磁流体技术在声波传递方面的应用也是近年来的研究热点之一。
传统的声波传递技术存在着传输效率低、信号衰减严重等问题，而利用磁流体技术可以通过调节磁场的强度和频率，实现对声波的放大和传输。
磁流体声波传递的原理是利用磁流体在磁场作用下的特性，实现对声音的传递和放大。
这种技术在音响、通信等领域的应用潜力巨大，可以提高声音的传输效率，减少信号衰减，提升声音的质量。
四、磁流体技术在工业机械控制中的应用磁流体技术在工业机械控制方面的应用也得到了广泛的研究和应用。
工业机械的控制往往需要精确的力和位置控制，而传统的机械控制技术存在着控制精度不高、响应速度慢等问题。
磁流体推进研究姓名: 娄树旗学号: 0916 班级: 04120901 专业: 电子科学与技术（光电子方向）摘要: 磁流体推进是利用海水中电流与磁场间相互作用力使海水运动而产生推力一个推进方法, 可用于船舶、鱼雷、潜艇等水中作业工具, 含有振动小、噪声低、操作灵活等优良特点。
因为超导磁体应用, 现在磁流体推进技术已处于推进实用化研究阶段, 大部分科学难题都已得四处理, 但仍有少部分问题没有得到有效处理, 比如怎样完善超导材料及磁体技术。
为了能够找到克服技术难题关键, 必需从工作原理对磁流体推进技术作具体叙述, 对磁流体推进器作系统分析和对比, 从中发觉线索, 找到突破口。
关键词: 磁流体推进; 超导磁体; 工作原理一、引言:传统船舶动力起源通常是人力、自然力、机械力, 既耗时又耗力。
现代船舶改用电力作为推进装置, 大大简化了操控过程, 再加上核能发电技术日益完善, 现代船舶航行现实状况大为改观, 船速愈加快, 船向改变更灵敏。
而磁流体概念诞生又为现代推进技术增加了改善可行性。
二、磁流体推进工作原理:法拉第研究出电与磁关系后, 世人对电磁之间关系产生了极大爱好, 以至于电磁技术在短时间内得到了长足发展。
磁流体推进技术便是电与磁相互作用结果。
带电离子或者通电直导线在磁场中会受到力作用, 带电粒子受力叫洛伦兹力, 通电导线受力叫安培力。
该力与离子运动速度或者导体棒中电流满足左手系, 即伸直左手, 让磁感线垂直穿过手心, 四指指向离子运动或导体棒中电流方向, 大拇指指向就是带电粒子或者通电直导线受到力方向。
磁流体推进技术就是依据以上基础原剪发展起来。
越大。
当物体在流体中作低速运动时, 流体阻力近似与速率成正比; 高速时, 流体阻力近似与速率平方成正比。
当船体运动达成稳定时, 能够认为流体阻力与船速平方成正比, 即:2u k f e '=（k '为常数） （7） 若设船质量为m , 运动时加速度为a , 则由牛顿第二定律可得:ma f F F e =-'+ （8） 考虑流速所引发压力改变, 利用伯努利方程:=++221P v gh ρρ常量 或者 2222211121P 21P v gh v gh ρρρρ++=++ （9）（其中221v ρ项与流速相关, 称为动压强; P 和gh ρ则称为静压强） 由伯努利方程可知: 流速高地方压力低, 流速低地方压力高。
高考物理质谱仪和磁流体发电机易错题知识归纳总结及答案一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．质谱仪是分析同位素的重要工具，其原理简图如图所示。
容器A 中有电荷量均为+q 、质量不同的两种粒子，它们从小孔S 1不断飘入电压为U 的加速电场（不计粒子的初速度），并沿直线从小孔S 2（S 1与S 2连线与磁场边界垂直）进入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向外的匀强磁场，最后打在照相底片D 上，形成a 、b 两条“质谱线”。
已知打在a 处粒子的质量为m 。
不计粒子重力及粒子间的相互作用。
（1）求打在a 处的粒子刚进入磁场时的速率v ； （2）求S 2距a 处的距离x a ；（3）若S 2距b 处的距离为x b ，且x b=2a x ，求打在b 处粒子的质量m b （用m 表示）。
【答案】(1)2qUv m=22a mU x B q =m b =2m【解析】 【详解】（1）粒子经过电压为U 的电场，由动能定理有2102qU m =-v ①可得2qUv m=（2）粒子通过孔S 2进入匀强磁场B 做匀速圆周运动，有2a v qvB m r = ②2a a x r = ③联立①②③式可得22a mUx B q=④（3）同（2）可得22b b m Ux B q=⑤联立④⑤式并代入已知条件可得m b=2m2．如图所示，相距为D、板间电压为U的平行金属板M、N间有垂直纸面向里、磁感应强度为B0的匀强磁场；在pOy区域内有垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场；pOx区域为无场区．一正离子沿平行于金属板、垂直磁场射入两板间并做匀速直线运动，从H （0，A）点垂直y轴进入第Ⅰ象限，经Op上某点离开磁场，最后垂直x轴离开第Ⅰ象限．求：（1）离子在金属板M、N间的运动速度；（2）离子的比荷qm；（3）离子在第Ⅰ象限的磁场区域和无场区域内运动的时间之比．【答案】（1）UvB d=（2）2q Um B Bad=（3）122ttπ=【解析】【分析】【详解】（1）设带电粒子的质量为m、电量为q，在平行金属板间的运动速度为v，平行金属板间的场强为E0依题意，有qvB0=qE0① 又M，N间为匀强电场，有0UEd=②联立①②解得UvB d=③（2）带电粒子进入POy区域，做匀速圆周运动，设轨道半径为r，有2vqvB mr=④依题意带电粒子进入第I象限转过1/4圈后从OP上离开磁场，如图，由几何关系得A-r=rtAn45° ⑤联立③④⑤得：2q Um B Bad=⑥（3）匀速圆周运动的周期2rT v π=⑦ 带电粒子在磁场中的运动时间14T t =⑧ 离子从C 出来后做匀速直线运动，设经过x 轴上的D 点，如图，由几何关系有CD=A-r ⑨ 从C 到D 的时间为2CDt v =⑩ 联立③⑤⑦⑧⑨⑩得122t t π=3．利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示的矩形区域ACDG （AC 边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，A 处有一狭缝．离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA 边且垂直于磁场的方向射入磁场，一段时间后运动到GA 边，被相应的收集器收集．整个装置内部为真空．已知被加速的两种正离子的质量分别是m 1和m 2（m 1＞m 2），电荷量均为q ．加速电场的电势差为U ，离子进入电场时的初速度可以忽略．不计重力，也不考虑离子间的相互作用．（1）若忽略狭缝的宽度，当磁感应强度的大小为 B 时，求两种离子在 GA 边落点的间距 x ；（2）若狭缝宽度不能忽略，狭缝过宽可能使两束离子在 GA 边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离．设磁感应强度大小可调，GA 边长为定值 L ，狭缝宽度为 d ，狭缝右边缘在 A 处．离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于 GA 边且垂直于磁场．为保证上述两种离子能落在 GA 边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度．【答案】（11228Um m qB （212122m m m m --【解析】 【分析】(1)离子在匀强磁场中将做匀速圆周运动，此时向心力提供洛伦兹力，由带电离子在磁场中运动的半径公式可分别求出质量为m 1、m 2的粒子的轨迹半径，两个轨迹的直径之差就是离子在GA 边落点的间距。
高中物理质谱仪和磁流体发电机易错题知识归纳总结附答案解析一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示为质谱仪的构造原理图，它是一种分离和检测不同同位素的重要工具。
质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。
现让待测的不同带电粒子经加速电场后进入速度选择器，速度选择器的平行金属板之间有相互正交的匀强磁场和匀强电场（图中未画出），磁感应强度为B ，电场强度为E 。
金属板靠近平板S ，在平板S 上有可让粒子通过的狭缝P ，带电粒子经过速度选择器后，立即从P 点沿垂直平板S 且垂直于磁场方向的速度进入磁感应强度为B 0、并以平板S 为边界的有界匀强磁场中，在磁场中偏转后打在记录它的照相底片上，底片厚度可忽略不计，且与平板S 重合。
根据粒子打在底片上的位置，便可以对它的比荷（电荷量与质量之比）情况进行分析。
在下面的讨论中，磁感应强度为B 0的匀强磁场区域足够大，空气阻力、带电粒子所受的重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。
（1）带电粒子通过狭缝P 时的速度大小v ；（2）不同的带电粒子经加速电场加速后可获得不同的速率，这些粒子进入速度选择器后，要想使通过狭缝P 的带电粒子速度大一些，应怎样调整速度选择器的电场强度E 和磁感应强度B 的大小；（3）若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位素离子（1H 和2H ），它们分别打在照相底片上相距为d 1的两点；若用这个质谱仪相同条件下再分别观测碳的两种同位素离子（12C 和14C ），它们分别打在照相底片上相距为d 2的两点。
请通过计算说明，d 1与d 2的大小关系；（4）若氢的两种同位素离子（所带电荷量为e ）的质量分别为m 1和m 2，且已知m 1>m 2，它们同时从加速电场射出。
试分析说明这两种粒子哪一种先到达照相底片，并求出它们到达照相底片上的时间差Δt 。
【答案】（1）v=E/B （2）减小B 或增大E （3）d 1大于d 2（4）m 2先到达，Δt =120π()m m eB -【解析】 【详解】（1）粒子通过狭缝时满足：evB =Ee即E v B=（2）根据Ev B=可知，要想提高通过狭缝P 的粒子的速度，可增大E 或者减小B ； （3）设1H 和2H 的质量分别为m 和2m ，带电量均为q ；12C 和14C 的质量分别为12m 和14m ，带电量均为12q ；粒子进入磁场时的速度是相同的，根据mvr qB=，则 21100022()H H m v m v mvd qB qB qB =-= 141220002()12123C C m v m v mvd qB qB qB =-=即d 1大于d 2（4）两种粒子在射出速度选择器时的速度是相同的，则在速度选择器中的时间相同，根据2mT qBπ=可得两种粒子在磁场中的周期分别为 1102m T eB π=2202m T eB π=两种离子在磁场中均运动半个周期，因m 1>m 2，可知T 1>T 2，则11221122t T t T =>= ，则m 2先到达；时间差为：1212120π()1()2m m t t t T T eB -∆=-=-=2．带电粒子的电荷量与质量之比（qm）叫做比荷。
磁流体推进器原理
磁流体推进器是一种利用磁场和流体相互作用产生推进力的推进装置。
其原理基于磁流体力学和电磁场理论，通过控制磁场和流体的相互作用，实现推进器的推进效果。
磁流体推进器的原理可以分为磁流体力学原理和电磁场原理两个方面来进行解析。
首先，从磁流体力学原理来看，磁流体推进器利用磁场对流体的作用力来产生推进效果。
当流体通过磁场时，磁场会对流体施加一个力，这个力称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小和方向取决于流体的速度、磁场的强度和流体的电荷状态。
通过合理设计磁场的分布和流体的流动状态，可以实现对流体施加的洛伦兹力达到推进效果的目的。
其次，从电磁场原理来看，磁流体推进器利用电磁场的作用来控制流体的运动状态，从而实现推进效果。
通过在流体中施加电流，可以产生磁场，而改变电流的大小和方向可以控制磁场的分布和强度。
通过控制磁场的分布和强度，可以实现对流体施加的力的调节，从而实现推进效果。
综合以上两个原理，磁流体推进器的工作原理可以简单概括为，通过控制磁场和流体的相互作用，实现对流体的推进效果。
在实际应用中，磁流体推进器可以通过改变磁场的分布和强度，控制流体的流动状态，从而实现推进器的推进效果。
磁流体推进器的原理具有许多优点，例如推进效率高、推进噪音小、对环境无污染等。
因此，在航天、船舶、飞机等领域都有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，磁流体推进器的原理也在不断完善和改进，相信在未来会有更多的创新和突破，为人类的科技发展做出更大的贡献。
质谱仪和磁流体发电机压轴难题知识归纳总结附答案解析一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示，相距为D 、板间电压为U 的平行金属板M 、N 间有垂直纸面向里、磁感应强度为B 0的匀强磁场；在pOy 区域内有垂直纸面向外、磁感应强度为B 的匀强磁场；pOx 区域为无场区．一正离子沿平行于金属板、垂直磁场射入两板间并做匀速直线运动，从H （0，A ）点垂直y 轴进入第Ⅰ象限，经Op 上某点离开磁场，最后垂直x 轴离开第Ⅰ象限．求：（1）离子在金属板M 、N 间的运动速度； （2）离子的比荷q m； （3）离子在第Ⅰ象限的磁场区域和无场区域内运动的时间之比． 【答案】（1）0U v B d =（2）02q Um B Bad =（3）122t t π=【解析】 【分析】 【详解】（1）设带电粒子的质量为m 、电量为q ，在平行金属板间的运动速度为v ，平行金属板间的场强为E 0依题意，有qvB 0=qE 0① 又M ，N 间为匀强电场，有0UE d=② 联立①②解得0Uv B d=③ （2）带电粒子进入POy 区域，做匀速圆周运动，设轨道半径为r ，有2v qvB m r=④依题意带电粒子进入第I 象限转过1/4圈后从OP 上离开磁场，如图，由几何关系得A-r=rtAn45° ⑤ 联立③④⑤得：02q U m B Bad=⑥（3）匀速圆周运动的周期2rT v π=⑦ 带电粒子在磁场中的运动时间14T t =⑧ 离子从C 出来后做匀速直线运动，设经过x 轴上的D 点，如图，由几何关系有CD=A-r ⑨ 从C 到D 的时间为2CDt v =⑩ 联立③⑤⑦⑧⑨⑩得122t t π=2．如图所示，两平行金属板间距为d ，电势差为U ，板间电场可视为匀强电场；金属板上方有一磁感应强度为B 的匀强磁场．电荷量为+q 、质量为m 的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，从M 点进入磁场后做匀速圆周运动，从N 点离开磁场．忽略重力的影响．（1）求匀强电场场强E 的大小； （2）求粒子从电场射出时速度ν的大小；（3）求M 、N 两点间距L 的大小；保持粒子不变，请你说出一种增大间距L 的方法． 【答案】（1）UE d=；（2）2qUv m=3）只增大U 或只减小B 等． 【解析】试题分析：（1）由匀强电场中电势差与场强的关系得：UE d=（3分） （2）根据动能定理有：212qU mv =可得：2qUv m=（5分） （3）根据牛顿第二定律可得：2mv qvB R=② L=2R ③ 联立①②③式可得：22=mUL B q增大间距L 的方法有：只增大U 或只减小B 等． （8分） 考点：带电粒子在电场和磁场中的运动．3．质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具。
2019年12期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application磁流体推进器的推进性能影响因素分析宋玙薇（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州450047）1概述磁流体推进技术是一种全新的航海平台推进方式，它几乎不需要任何机械传动部件，同时不会出现空化现象，因此在降噪、提速等方面都极具潜力。
从推进原理到推进性能，磁流体推进全面颠覆了传统的螺旋桨与泵喷推进，其未来应用主要针对航海平台的静音、高速推进等[1]。
2推进原理及技术特点由于海水中存在大量盐类，可通过电解离子交换而具有导电性。
若在磁场中给海水通电，洛伦兹力（电磁力F=J ×B ）将驱动海水沿垂直磁场和电流所构成平面的方向而运动，其反作用力作为推力即可推动航海平台运动（如图1所示[2]），以上即为磁流体推进技术的基本原理[3]。
由此可见，决定磁流体推进系统性能的三要素包括：导电液体（海水）、电场、磁场。
图1磁流体推进基本原理图磁流体推进的技术特点主要体现在：（1）安静。
磁流体推进系统不存在螺旋桨、轴系和减速齿轮箱等机械部件，消除了由这些转动机构引起的振动和噪声，其辐射噪声也比螺旋桨推进器小，使得航海平台几乎在安静的状态下航行，具有十分理想的噪声特性。
（2）操纵灵活。
磁流体推进可控制推进器的输入电压或电流对航海平台进行操纵，通常通过调节电压（电流）的大小来控制推力及速度；通过改变电压的极性，即电流的方向，来操纵运行方向，响应快速，操作灵活。
3螺旋型磁流体推进器推进性能影响因素分析螺旋型磁流体推进器[4]的推力F T 见公式（1），其中F em为电磁力，F f 为通道阻力。
F T =F em -F f （1）通道阻力：公式（2）中，ξ为阻力系数，ρ为流体密度，L d 为通道等效长度，D h 为通道水力直径，A d 为通道截面积，νs 为流速。
其中ξ、ρ、νs 均可认为常数，而L d 、D h 、A d 均为通道结构参数，通道结构参数的最优解取决于磁体长度和磁体外径。
高考物理质谱仪和磁流体发电机易错题知识归纳总结word一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．质谱仪可用来对同位素进行分析，其主要由加速电场和边界为直线PQ 的匀强偏转磁场组成，如图甲所示。
某次研究的粒子束是氕核和氘核组成的，粒子从静止开始经过电场加速后，从边界上的O 点垂直于边界进入偏转磁场，氕核最终到达照相底片上的M 点，测得O 、M 间的距离为d ，粒子的重力忽略不计，求：(1)偏转磁场的方向（选答“垂直纸面向外”或“垂直纸面向里”）；(2)本次研究的粒子在照相底片上都能检测到，照相底片的放置区域的长度L 至少多大； (3)若偏转磁场的区域为圆形，且与PQ 相切于O 点，如图乙所示，其他条件不变，要保证氘核进入偏转磁场后不能打到PQ 边界上（PQ 足够长），求磁场区域的半径R 应满足的条件。
【答案】(1) 垂直纸面向外；(2)(21)d ；(3) 2R ≤。
【解析】 【分析】 【详解】(1)因为氕核最终到达照相底片上的M 点，受洛仑兹力向左，根据左手定则判断磁场方向垂直纸面向外。
(2)在电场中加速，设加速电压为U ，有212qU mv =在磁场中2v qvB m r=根据几何关系可知，氕核旋转半径2d r =结合以上方程，且氘核与氕核质量电量关系可知，氘核旋转半径'2r r =照相底片的放置区域的长度L 至少2'2(21)L r r d =-=-(3) 氘核恰不能到达磁场边界'R r =根据以上分析可知，半径应满足条件22R d ≤2．有一种质谱仪的工作原理图如图所示．静电分析器是四分之一圆弧的管腔，内有沿圆弧半径方向指向圆心O 1的电场，且与圆心O 1等距各点的电场强度大小相等．磁分析器中以O 2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行．由离子源发出一个质量为m 、电荷量为q 的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M 点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R 的四分之一圆弧做匀速圆周运动，并从N 点射出静电分析器．而后离子由P 点射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q 点射出，并进入收集器．已知加速电场的电压为U ，磁分析器中磁场的磁感应强度大小为B ．（1）请判断磁分析器中磁场的方向；（2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E 的大小； （3）求磁分析器中Q 点与圆心O 2的距离d ．【答案】1）垂直纸面向外（2）2U E R =（3）12mU d B q= 【解析】 【分析】 【详解】（1）带正电的粒子进磁场的速度水平向右，要从下边界Q 射出，P 点的洛伦兹力必须竖直向下，根据洛伦兹力左手定则判断磁场方向垂直纸面向外． （2）设离子进入静电分析器时的速度为v ，离子在加速电场中加速， 根据动能定理 有212qU mv =① 离子在静电分析器中做匀速圆周运动，指向圆心O 1的电场力为向心力，有②由①②解得2UE R=③ （3）离子在磁分析器中做匀速圆周运动，圆心为O 2，根据牛顿第二定律 有2v qvB m r=④由题意可知，水平向右进入磁场，竖直向下离开磁场，根据几何关系可得圆周运动的轨道半径r d =⑤ 由①④⑤式解得⑥3．图为某种质谱仪的结构的截面示意图，该种质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。
高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴难题知识归纳总结含答案解析一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示，两平行金属板间距为d ，电势差为U ，板间电场可视为匀强电场；金属板上方有一磁感应强度为B 的匀强磁场．电荷量为+q 、质量为m 的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，从M 点进入磁场后做匀速圆周运动，从N 点离开磁场．忽略重力的影响．（1）求匀强电场场强E 的大小； （2）求粒子从电场射出时速度ν的大小；（3）求M 、N 两点间距L 的大小；保持粒子不变，请你说出一种增大间距L 的方法． 【答案】（1）U E d =；（2）2qU v m=3）只增大U 或只减小B 等． 【解析】试题分析：（1）由匀强电场中电势差与场强的关系得：UE d=（3分） （2）根据动能定理有：212qU mv =可得：2qUv m=（5分） （3）根据牛顿第二定律可得：2mv qvB R=② L=2R ③ 联立①②③式可得：22=mUL B q增大间距L 的方法有：只增大U 或只减小B 等． （8分） 考点：带电粒子在电场和磁场中的运动．2．质谱仪原理如图所示，a 为粒子加速器，电压为1U ，b 为速度选择器，磁场与电场正交，匀强磁场的磁感应强度为1B ，板间距离为d ，c 为偏转分离器，匀强磁场的磁感应强度为2B 。
今有一质量为m 、电荷量为e 的带正电粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能匀速通过速度选择器，从O 点垂直磁场边界进入分离器，然后做匀速圆周运动。
求： (1)粒子经加速后进入速度选择器的速度v 为多大? (2)速度选择器的电压2U 为多少?(3)粒子在2B 磁场中做匀速圆周运动的半径R 为多大？【答案】(1) 12eU v m =(2) 1212eU U B m=(3) 1221mU R B e=【解析】 【分析】 【详解】（1）粒子经加速电场1U 加速，获得速度为v ，由动能定理可知2112eU mv =解得12eU v m=（2）在速度选择器中作匀速直线运动，电场力与洛仑兹力平衡得1eE evB =即21U e evB d= 解得12112eU U B dv B m== （3）在2B 中作圆周运动，洛仑兹力提供向心力22v qvB m R=解得12221mU mv R eB B e==3．如图为质谱仪的原理示意图,电荷量为q 、质量为m 的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U 的加速电场后进入粒子速度选择器,选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,匀强电场的场强为E 、方向水平向右.已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器,从G 点垂直MN 进入偏转磁场,该偏转磁场是一个以直线MN 为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场.带电粒子经偏转磁场后,最终到达照相底片的H 点.可测量出G 、H 间的距离为L.带电粒子的重力可忽略不计.求（1）.粒子从加速电场射出时速度v 的大小.（2）.粒子速度选择器中匀强磁场的磁感强度B 1的大小和方向. （3）.偏转磁场的磁感强度B 2的大小. 【答案】（1）2qUm； （2）2m E qU ； （3）22mU L q ；【解析】 【分析】 【详解】（1）由动能定理得 qU=①解得：（2）由洛伦兹力与电场力大小相等得到： qvB 1=Eq ② 由①②联立得到：122/E m B v qU qU m===由左手定则得磁场方向垂直纸面向外．（3）粒子在磁场中运动是洛伦兹力通过向心力得到：22v qvB m R =③2L R =④由①③④联立解得：222mv mU B qR L q==4．如图所示，质量为m 、电荷量为q 的粒子，从容器A 下方的小孔S 1不断飘入电压为U 的加速电场，其初速度几乎为零。
磁流体推进器原理磁流体推进器是一种利用磁场和流体动力学原理来实现推进的新型推进技术。
其原理基于磁流体力学的基础理论，通过对流体施加磁场来产生推进力，从而实现航天器的推进和定位。
磁流体推进器的原理虽然复杂，但是其应用前景广阔，具有很高的推进效率和灵活性。
磁流体推进器的原理主要包括磁流体力学、磁流体动力学和磁流体控制三个方面。
首先，磁流体力学是研究磁场和流体相互作用的学科，通过对流体施加磁场可以改变流体的运动状态，产生推进力。
其次，磁流体动力学是研究磁场对流体动力学性质的影响，通过对流体施加磁场可以改变流体的密度、粘性和导电性，从而影响流体的运动状态。
最后，磁流体控制是研究如何通过对磁场的控制来实现对流体的操纵，从而实现推进器的精确控制和定位。
磁流体推进器的原理实际上是利用磁场对流体的影响来实现推进，其核心是通过对流体施加磁场来改变流体的运动状态，从而产生推进力。
在磁流体推进器中，通常会采用等离子体或离子化的气体作为推进剂，通过对推进剂施加磁场，可以改变推进剂的运动状态，从而产生推进力。
同时，磁流体推进器还可以通过对磁场的精确控制来实现推进器的定位和姿态控制，从而实现航天器的精确操纵。
磁流体推进器的原理不仅适用于航天器，还可以应用于地面交通工具和水下航行器。
在地面交通工具中，磁流体推进器可以通过对地面轨道施加磁场来实现磁悬浮列车的推进和定位；在水下航行器中，磁流体推进器可以通过对水流施加磁场来实现潜艇的推进和操纵。
因此，磁流体推进器的原理具有广泛的应用前景，可以为人类的交通工具和航天器提供高效、环保的推进技术。
总之，磁流体推进器是一种利用磁场和流体动力学原理来实现推进的新型推进技术，其原理基于磁流体力学、磁流体动力学和磁流体控制三个方面。
通过对流体施加磁场来改变流体的运动状态，从而产生推进力。
磁流体推进器的原理不仅适用于航天器，还可以应用于地面交通工具和水下航行器，具有广泛的应用前景。
希望通过本文的介绍，能够更加深入地了解磁流体推进器的原理和应用。
1.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是在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a＝2.0m、b＝0.15m、c＝0.10m。
工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99.6V；海水沿y轴方向流过通道。
已知海水的电阻率ρ＝0.20Ω·m。
（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；υ＝5.0m/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，（2）船以s由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到v d＝8.0m/s。
求此时两金属板间的感应电动势U感；（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按U’＝U－U感计算，海水受到电磁力的80％可以υ＝5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。
转化为对船的推力。
当船以s2.磁流体发电机示意图如图11所示，a、b两金属板相距为d，板间有磁感应强度为B的匀强磁场，一束截面积为S，速度为v的等离子体自左向右穿过两板后速度大小仍为v，截面积仍为S，只是等离子体压强减小了．设两板之间单位体积内等离子的数目为n，每个离子的电量为q，板间部分的等离子体等效内阻为r，外电路电阻为R．求：⑴等离子体进出磁场前后的压强差Δp；⑵若等离子体在板间受到摩擦阻力f，压强差Δp/又为多少；⑶若R阻值可以改变，试讨论R中电流的变化情况，求出其最大值I m，并在图中坐标上定性画出I随R变化的图线．图113.磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图。
图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻1R相连。
整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。
发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。
由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。
发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。
设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为v，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差p∆维持恒定，求：（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；（2）磁流体发电机的电动势E的大小；（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P。
4.由于受地球信风带和盛行西风带的影响，海洋中一部分海水做定向流动，称为风海流，风海流中蕴藏着巨大的动力资源。
因为海水中含有大量的带电离子，这些离子随风海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使海流中的正、负离子发生偏转，便可用来发电。
如图为一利用风海流发电的磁流体发电机原理示意图，用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道，在管道的上、下两个内表面装有两块金属板M、N，金属板长为a，宽为b，两板间的距离为d。
将管道沿风海流方向固定在风海流中，在金属板之间加一水平匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向由南向北，用导线将M、N外侧连接电阻为R的航标灯（图中未画出）。
工作时，海水从东向西流过管道，在两金属板之间形成电势差，可以对航标灯供电。
设管道内海水的流速处处相同，且速率恒为v，海水的电阻率为ρ，海水所受摩擦阻力与流速成正比，比例系数为k。
（1）求磁流体发电机电动势E的大小，并判断M、N两板哪个板电势较高；（2）由于管道内海水中有电流通过，磁场对管道内海水有力的作用，求此力的大小和方向；（3）求在t时间内磁流体发电机消耗的总机械能。
B风海流方向vabM东西北南dN5、磁悬浮列车是一种高速运载工具，它具有两个重要系统。
一是悬浮系统，利用磁力（可由超导电磁铁提供）使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接触从而减小阻力。
另一是驱动系统，即利用磁场与固定在车体下部的感应金属框相互作用，使车体获得牵引力，图22是实验列车驱动系统的原理示意图。
在水平面上有两根很长的平行轨道PQ 和MN ，轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B 1和B 2，且B 1和B 2的方向相反，大小相等，即B 1=B 2=B 。
在列车的底部固定着绕有N 匝相同的闭合矩形金属线圈，并且与之绝缘。
整个线圈的总电阻为R ，每个矩形金属线圈abcd 垂直轨道的边长L ab =L ，且两磁场的宽度均与金属线圈ad 的边长相同（列车的车厢在图中未画出）。
当两磁场B l 和B 2同时沿导轨方向向右运动时，金属框也会受到向右的磁场力，带动列车沿导轨运动。
已知列车车厢及线圈的总质量为M ，整个线圈的电阻为R 。
（1）假设用两磁场同时水平向右以速度v 0作匀速运动来起动列车，为使列车能随磁场运动，列车所受总的阻力大小应满足的条件；（2）设列车所受阻力大小恒为f ，假如使列车水平向右以速度v 做匀速运动，求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量；（3）设列车所受阻力大小恒为f ，假如用两磁场由静止沿水平向右做匀加速运动来起动列车，当两磁场运动的时间为t 1时，列车也正在以速度v 1向右做匀加速直线运动，求两磁场开始运动后到列车开始起动所需要的时间t 0。
6．磁悬浮列车的原理如图所示，在水平面上，两根平行的直导轨间有竖直方向且等间距的匀强磁场B 1和B 2，导轨上有金属框abcd ，金属框宽度与每个磁场的宽度相同，当匀强磁场B 1和B 2同时以v 沿直导轨向右运动时，金属框也会沿直导轨运动，设直导轨间距为L =0.4 m ，B 1=B 2=1 T ，磁场运动的速度为v =5 m/s ，金属框的电阻为R =2 Ω.试求：（1）金属框为什么运动？若金属框不受阻力时，金属框如何运动？（2）当金属框始终受到f =1 N 的阻力时，金属框最大速度是多少？（3）当金属框始终受到1 N 的阻力时，要使金属框维持最大速度，每秒钟需消耗多少能量？这些能量是谁提供的？图22 B 1 B 1 B 1 B 1 B 2 B 2 B 2 PM Q N a b d c v7．磁悬浮列车的运动原理如图所示，在水平面上有两根很长的平行直导轨，导轨间有与导轨垂直且方向相反的匀强磁场B1和B2，B1和B2相互间隔，导轨上放有金属框abcd，当磁场B1和B2同时以恒定速度沿导轨向右匀速运动时，金属框也会沿导轨向右运动．已知两导轨间距L1=0.4m，两种磁场的宽度均为L2，L2=ab，B1=B2=1.0T．金属框的质量m=0.1kg，电阻R=2.0Ω．设金属框受到的阻力与其速度成正比，即F1=kv，比例系数k=0.08kg/s．求：（1）当磁场的运动速度为05/v m s=时，金属框的最大速度1v为多大．（2）金属框达到最大速度以后，某时刻磁场停止运动，当金属框的加速度大小为24.0/a m s=时，其速度2v大多？8．随着越来越高的摩天大楼在各地落成，而今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经不适应现代生活的需求。
这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加，这些钢索会由于承受不了自身的重力，还没有挂电梯就会被拉断。
为此，科学技术人员开发一种利用磁力的电梯，用磁动力来解决这个问题。
如图所示是磁动力电梯示意图，即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2，B1= B2=1.0T，B1和B2的方向相反、两磁场始终竖直向上作匀速运动。
电梯轿厢固定在如图所示的金属框abcd内（电梯轿厢在图中未画出），并且与之绝缘。
已知电梯载人时的总质量为4.75×103kg，所受阻力f=500N，金属框垂直轨道的边长L cd=2.0m，两磁场的宽度均与金属框的边长L ad相同，金属框整个回路的电阻R=9.0×10-4Ω，g取10m / s 2。
假如设计要求电梯以v1=10m/s的速度匀速上升，求：（1）金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向；（2）磁场向上运动速度v0的大小；（3）该磁动力电梯以速度v1向上匀速运行时，提升轿厢的效率。
缓冲滑块 P Q M Nv K a b c d CB 线圈 缓冲车厢 绝缘光滑导轨 图12 缓冲车9．如图虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图，在缓冲车的底板上沿车的轴线固定有两个足够长的平行绝缘光滑导轨PQ 、MN ，在缓冲车的底部还安装有电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B 。
在缓冲车的PQ 、MN 导轨内有一个由高强度材料制成的缓冲滑块K ，滑块K 可以在导轨上无摩擦地滑动，在滑块K 上绕有闭合矩形线圈abcd ，线圈的总电阻为R ，匝数为n ，ab 的边长为L 。
缓冲车的质量为m 1（不含滑块K 的质量），滑块K 的质量为m 2。
为保证安全，要求缓冲车厢能够承受的最大水平力（磁场力）为F m ，设缓冲车在光滑的水平面上运动。
（1）如果缓冲车以速度v 0与障碍物碰撞后滑块K 立即停下，请判断滑块K 的线圈中感应电流的方向，并计算感应电流的大小；（2）如果缓冲车与障碍物碰撞后滑块K 立即停下，为使缓冲车厢所承受的最大磁场力不超过F m 。
求缓冲车运动的最大速度；（3）如果缓冲车以速速v 匀速运动时，在它前进的方向上有一个质量为m 3的静止物体C ，滑块K 与物体C 相撞后粘在一起，碰撞时间极短。
设m 1=m 2=m 3=m ，在cd 边进入磁场之前，缓冲车（包括滑块K ）与物体C 已达到相同的速度，求相互作用的整个过程中线圈abcd 产生的焦耳热。
10、如图所示，间距为L 的两条足够长的平行金属导轨与水平面的夹角为θ，导轨光滑且电阻忽略不计．场强为B 的条形匀强磁场方向与导轨平面垂直，磁场区域的宽度为d 1，间距为d 2．两根质量均为m 、有效电阻均为R的导体棒a 和b 放在导轨上，并与导轨垂直．（设重力加速度为g ）⑴若a 进入第2个磁场区域时，b 以与a 同样的速度进入第1个磁场区域，求b 穿过第1个磁场区域过程中增加的动能△E k ；⑵若a 进入第2个磁场区域时，b 恰好离开第1个磁场区域；此后a 离开第2个磁场区域时，b 又恰好进入第2个磁场区域．且a ．b在任意一个磁场区域或无磁场区域的运动时间均相．求b 穿过第2个磁场区域过程中，两导体棒产生的总焦耳热Q ；⑶对于第⑵问所述的运动情况，求a 穿出第k 个磁场区域时的速率v ．1.（1）根据安培力公式，推力F 1＝I 1Bb ，其中I 1＝acb R R U ρ=, 则N B Uac Bb R U F 8.7961===ρ 对海水推力的方向沿y 轴正方向（向右）（2）6.9B =b V U d ＝感V（3）根据欧姆定律，I 2＝A bac b Bv U R U d 600)('=-=ρ 安培推力F 2 ＝ I 2 B b = 720 N对船的推力F ＝ 80% F 2 ＝ 576 N推力的功率P ＝ Fv s = 80% F 2 v s =2880W2.⑴外电路断开，等离子匀速通过，受力平衡时，两板间的电势差最大，即为电源电动势E ，有0E q qvB d⋅-= ① 故E Bdv = ② （2分） 注：直接根据法拉第电磁感应定律，得E Bdv =一样给分 外电路闭合后：E Bdv I R r R r==++ ③ （2分） 等离子水平方向由平衡条件得0p s BId ∆⋅-= ④ （2分）22()BId B d v p S R r S∆==+ ⑤ （2分） 注：用能量守恒处理一样给分⑵同理，沿v 方向：/p s BId f ∆=+ ⑥ （4分）22/()B d v f p R r S s ∆=++ ⑦ （2分） 注：用能量守恒处理一样给分⑶若R 可调，由③式知，I 随R 减小而增大，当所有进入发电机的离子全都偏转到板上上形成电流时，电流达到最大值(饱和值)I m ，因此m Q nqSvt I nqsv t t=== ⑧ （2分） 因为m I I <，由③、⑧可得：Bd R r nqs >- ⑨ （1分） 所以，当Bd R r nqs >-时，I 随R 增大而减小 （1分） 当Bd R r nqs<-时，I 达到饱和值I m （1分）由上分析：可画出如图所示的I —R 图线（图中0)Bd R r nqs=-（3分） 3.（1）不存在磁场时，由力的平衡得p ab F ∆= （2）设磁场存在时的气体流速为v ，则磁流体发电机的电动势Bav E = 回路中的电流bla R BavI L ρ+=电流I 受到的安培力bla R va B F L ρ+=22安设F '为存在磁场时的摩擦阻力，依题意0v vF F ='存在磁场时，由力的平衡得F F p ab '+=∆安 根据上述各式解得)(102bl aR p b av B Bav E L ρ+∆+=（3）磁流体发电机发电导管的输入功率p abv P ∆=由能量守恒定律得v F EI P '+= 故)(1020bl aR p b av B p abv P L ρ+∆+∆=4.（1）磁流体发电机电动势E=Bdv（2分） 用左手定则判断出正离子向N 板偏转，因此N 板的电势高（1分） （2）两板间海水的电阻r =ab dρ，（2分） 回路中的电流r R EI +=（1分） 磁场对管道内海水的作用力F 磁=BId（2分） 解得F 磁=d abR vd abB ρ+22（1分） 方向与v 方向相反（水平向东）（1分）（3）在t 时间内管道中海水移动的距离为s vt =（1分） 在t 时间内克服摩擦阻力的功1W kvs =， （1分）克服磁场力做功2W F s =磁 （1分）在t 时间内磁流体发电机消耗的总机械能12E W W =+=(k +dabR d abB ρ+22)v 2t （2分） 5.解：（1）列车静止时，电流最大，列车受到的电磁驱动力最大设为F m ，此时，线框中产生的感应电动势 E 1=2NBLv 0线框中的电流 I 1=RE 1 整个线框受到的安培力F m =2NBI 1L 列车所受阻力大小为Rv L B N F f 0222m m 4=< (4分) （2）当列车以速度v 匀速运动时，两磁场水平向右运动的速度为v ′，金属框中感应电动势)(2v v NBL E -'= 金属框中感应电流Rv v NBL I )(2-'= 又因为 f NBIL F ==2求得 2224L B N fR v v +=' (2分) 当列车匀速运动时，金属框中的热功率为 P 1 = I 2R克服阻力的功率为 P 2 = fv所以可求得外界在单位时间内需提供的总能量为E = I 2R +fv =22224L B N R f fv + (2分) （3）根据题意分析可得，为实现列车最终沿水平方向做匀加速直线运动，其加速度必须与两磁场由静止开始做匀加速直线运动的加速度相同，设加速度为a ，则t 1时刻金属线圈中的电动势 )(211v at NBL E -=金属框中感应电流 R v at L NB I )(211-=又因为安培力 Rv at L B N NBIL F )(4211222-== 所以对列车，由牛顿第二定律得 Ma f Rv at L B N =--)(411222 解得 MR t L B N v L B N fR a -+=1222122244 (2分)设从磁场运动到列车起动需要时间为t 0，则t 0时刻金属线圈中的电动势 002N B L a tE =金属框中感应电流 RNBLat I 002= 又因为安培力 Rat L B N NBIL F 0222042== 所以对列车，由牛顿第二定律得 f Rat L B N =02224 解得 ())4(444122222212222220v L B N fR L B N MR t L B N fR a L B N fR t +-== 6.（1）金属框在安培力的作用下运动，不受阻力时，框向右做变加速运动，最后以5 m/s 的速度匀速运动.（2）当框受阻力时，由受力分析得 F 安－f = ma［（v －v m ）（B 1+B 2）2L 2/R ］－ f = ma ，当a =0时，有4（v －v m ）B 2L 2/R = f ，代入数据得v m = 1.875 m/s.（3）由能量转换得W = fv m t +［（v －v m ）（B 1+B 2）L ］2t/R =1.875 J+3.125 J = 5 J7．4m/s,1m/s8.．（1）因金属框匀速运动，所以金属框受到的安培力等于重力与阻力之和，设当电梯向上匀速运动时，金属框中感应电流大小为I ① ② 由①②式得金属框中感应电流I =1.2×104A 图示时刻回路中感应电流沿逆时针方向（2）（5分）金属框中感应电动势 ③ 金属框中感应电流大小 ④由③④式得 v 0=12.7m/s（3）（9分）金属框中的焦耳热为：P 1 = I 2R =1.3×105W 重力功率为：P 2 = mg v 1=4.75×105W 阻力的功率为：P 3 = f v 1=5×103W提升轿厢的效率 100% 77.9 %9．（1）由右手定则判断出感应电流的方向是abcda （或逆时针）缓冲车以速度0v 碰撞障碍物后滑块K 静止，滑块相对磁场的速度大小为0v 线圈中产生的感应电动势00nBLv E = 线圈中感应电流R E I 00= 解得RnBLv I 00= （2）设缓冲车的最大速度为m v ，碰撞后滑块K 静止，滑块相对磁场的速度大小为m v 。
