浅析“磁流体发电机”的难点突破VIP专享VIP免费

浅析“磁流体发电机”的难点突破於罗英（江苏省大港中学，江苏镇江212028）一、难点分析磁流体发电是一种新型的发电方式，它起动快，效率高，它不仅不产生污染，反而能消灭污染物，其前景比较乐观。在中学教材中简单地介绍了其原理，但其难度较大，究其原因在于：１．从教材的内容来看：磁流体发电机研究的是带电粒子在电场和磁场的复合场中运动，并且结合了稳恒电流的相关知识，其理论抽象，知识复杂，而且其中的电场是动态场，“由静到动”是一个大的飞跃，学生理解要难得多。２．从发电机的结构来看：教材中画出的磁流体发电机原理图是立体图，该装置中电场与磁场相互垂直，离子流的运动方向与回路中电流方向也不一致，物理量多，关系复杂，它们相互牵涉，相互影响。学生如果不能明确各个量之间的关系，势必造成思路混乱，影响对磁流体发电机原理的理解。３．从学生的知识水平来看：大多数学生的抽象思维水平和空间想象能力还比较低，对物理知识的理解、判断、分析、推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性，要能够理解磁流体发电机，必须具备一定的抽象思维能力，在物理观念上要有一个更新。二、原理透析如图1所示是磁流体发电机的原理图，它由磁场、平行金属板、等离子体等组成，其中A、B两平行金属板的面积为S，相距为d，板间磁场的磁感应强度为B，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，正负离子电量为q，板外电阻为R。（设该电路为纯电阻电路，欧姆定律能够适用。）1．将立体图转化为平面图为了便于理解画出侧视图，如图2所示。2．分析等离子体的受力情况等离子体以一定的速度喷入磁场，正离子受到向上的洛仑兹力而偏转聚集到A板上，使A板带正电，负离子受到向下的力偏转聚集到B板上，使B板带负电，A、B两板间产生向下的附加电场，从而使正、负离子受到向下、向上的附加电场力，如图3所示。1NABSRAV图1vS××××××BAAVRS图2+-其中洛仑兹力是一个定值；电场力，其大小与A、B两板上电荷量成正比。3．电源与外电路断开时原理分析等离子体刚进入磁场时，因两板不带电，=0，正负离子受洛仑兹力向上下偏转，使得两板电量增加，逐渐增加，但只要，两板上正、负离子会继续积累。一旦当时正、负离子受力平衡不再偏转，这时两板上电量不再增加，两板间电势差保持不变，这就是电源的电动势，计算得，其大小取决于磁场区域的大小、磁场的强弱以及等离子体进入磁场的运动速度，由装置本身决定。4、电源与外电路接通时原理分析将图1中的电键合上，因为A板电势比B板高，回路中将产生电流，自由电子从B板通过电阻R运动到A板，与A板正电荷相中和，A、B板上电量Q减小，两板间电势差降低，减小，又造成，正负离子在复合场中受力失去平衡，正离子会继续向A板聚集补充电量，负离子向B板聚集，以此往复，不断循环。三、难点突破要能更加深刻理解磁流体发电机原理，还必须理清下列几组关系。1．发电机内等离子体的流动方向与电流流向区别等离子体进入磁场时其运动方向平行于两板，受到电场力后向两板偏转，而电流方向是由A→R→B→A，在电源内部（即在两板内）方向垂直于两板，两者方向近似垂直。2．发电机的电动势与路端电压的区别发电机的电动势，其大小由发电机本身决定，与是否接外电路无关，但路端电压却不同。当电键S断开时，回路中无电流，电动势与路端电压大小相等，。当电键S合上时，回路中有电流，两板上电势差达到动态平衡，其大小为路端电压。电2F洛+F电-F洛F电图3动势仍保持不变，根据闭合电路欧姆定律得回路中电流为：，路端电压，其数值小于电动势，其中。3．发电机的发电与耗电的区别当发电机正常工作时，等离子体射入磁场不断向两板偏转，回路中产生电流。发电机将磁场能、等离子体的动能转化为电能，其发电功率为。而电流流过发电机因有内阻而耗电，内耗功率为，外电路也要消耗电能，对应功率为，内外电路把电能转化为其它形式的能，整个工作过程遵循能量守恒定律。3