如图所示,已知截面为矩形的管道长度为l,宽度为a,高度为b。其中相距为a的两侧面是电阻可忽略的导体,该两侧导体与某种金属直导体MN连成闭合电路,相距为b的顶面和底面是绝缘体,将电阻率为ρ的水银沿图示方向通过矩形导管,假设沿流速方向上管道任意横截面上各点流速相等,且水银流动过程中所受管壁阻力与水银流速成正比。为使水银在管道中匀速流过,就需要在管道两端加上压强差。初始状态下,整个空间范围内无磁场,此时测得在管道两端加上大小为p0的压强差时水银的流速为v0,则:

(1)求水银受到摩擦力与其流速的比例系数k;
(2)在管道上加上垂直于两绝缘面,方向向上,磁感应强度大小为B的匀强磁场时,若仍要保持水银的流速为v0不变,求此时管道两端的压强差p;
(3)经典物理学认为该金属直导体MN中恒定电场形成稳恒电流。导体中的自由电子在电场力的作用下,做定向运动,在此过程中,不断与金属离子发生碰撞。通过电场力和碰撞“阻力”做功,将电场能转化为内能,使金属离子的热运动更加剧烈,这就是焦耳热产生的原因。已知金属直导体电阻为R,通过的电流为I。请以大量自由电荷在电场力作用下,宏观上表现为匀速运动的模型,并从做功和能量的转化守恒的角度,推导:在时间t内导线中产生的焦耳热可表达为Q=I2Rt(所需的其他中间量,可以自己设令)。
【答案】(1)水银受到摩擦力与其流速的比例系数k是;
(2)此时管道两端的压强差p是+p0;
(3)推导过程如上所述。
p
0
ab
v
0
(2)此时管道两端的压强差p是
a
v
0
B
2
b
(
R
+
ρ
a
bl
)
(3)推导过程如上所述。
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:73引用:1难度:0.3
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