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试题详情

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=0.2Ω∙m的海水,通道中a×b×c=0.3m×0.4m×0.3m的空间内,存在由超导线圈产生的匀强磁场,其磁感应强度B=6.4T、方向垂直通道侧面向外。磁场区域上、下方各有a×b=0.3m×0.4m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=1.0×103A的电流,设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ρ≈1.0×103kg/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=30m/s前进时,海水在出口处相对于推进器的速度v=34m/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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试题答案

见解析。

试题解析

(1)安培力的大小,F=BIL=6.4×1000×0.3=1.92×103N,
根据左手定则可知,方向:垂直于BI平面向右;
(2)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,或改变磁场方向,可以改变海水所受磁场力的方向,实施“倒车”。
(3)电源提供的电功率中的第一部分为牵引功率
P1=Fv0=6.9×105W
电源提供的电功率中的第二部分为单位时间内海水的焦耳热功率
推进器内海水的电阻  P2=12I2R=6×106W
电源提供的电功率中的第三部分为单位时间内海水动能的增加量
单位时间内通过推进器的水的质量为
   m=ρmbcv水对地=480kg
单位时间内其动能增加为P3=mv2水对地=4.6×104W

少年,再来一题如何?
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