浅析“磁流体发电机”的教学难点突破，本文主要内容关键词为：流体论文,难点论文,发电机论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、难点分析
磁流体发电是一种新型的发电方式，它启动快，效率高，不仅不产生污染，而且能消灭污染物，前景比较乐观。磁流体发电机的原理在中学教材中作了简单介绍，但其难度较大，究其原因在于：
1.从教材内容看
磁流体发电机研究带电粒子在电场和磁场复合场中的运动，并且用到了稳恒电流的相关知识，其理论抽象，知识复杂，尤其是其中的电场属动态场，“由静到动”是一个大的飞跃，学生理解要难得多。
2.从发电机结构看
教材中画出的磁流体发电机原理图是立体图，发电机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，相互牵涉，相互影响。学生如果不能明确各个量之间的关系，势必造成思维混乱，影响对磁流体发电机原理的理解。
3.从学生知识水平看
大多数学生的抽象思维和空间想象能力还比较低，对物理现象的理解、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，除必须具备一定的抽象思维能力外，在物理观念上还要有一个更新。
二、原理透析
图1表示磁流体发电机的结构原理图，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、间距为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，欧姆定律可以适用。
为了便于理解发电机原理，画出如图2所示侧视图。
图1
图2
等离子体以一定的速度喷入磁场，正离子受到向上的洛伦兹力而偏转聚集到a板上，使a板带正电；负离子受到向下的洛伦兹力偏转聚集到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、负离子分别受到向下、向上的附加电场力，如图3所示。其中洛伦兹力
是一定值；而电场力
，其大小与a、b两板上电荷量成正比。
图3
等离子体刚进入磁场时，两板不带电使
，正负离子受洛伦兹力向上下偏转，使得两板电量增加，
逐渐增加，但只要
，两板上正、负离子就会继续积累。当
时，正、负离子受力平衡不再偏转，这时两板电量不再增加，两板间电势差保持不变，此即电源的电动势
，其大小取决于磁场区域的大小、磁场的强弱及等离子体进入磁场的运动速度，即由装置本身决定。
将图1中的开关S闭合，因a板电势比b板电势高，回路中将产生电流，自由电子从b板出发通过电阻R运动到a板，与n板正电荷相中和，a、b板电量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
要使学生更深刻地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的区别
等离子体进入磁场时其运动方向平行于两板，受到电场力后才向两板偏转；而电流方向是a→R→b→a，在电源内部（即在两板内）其方向垂直于两板，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：
当开关S断开时回路中无电流，电动势与路端电压大小相等，
。
当开关S闭合时回路中有电流，两板上电势达到动态平衡，其大小为路端电压。
而发电机的电动势仍保持不变，根据闭合电路欧姆定律得
，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
。而电流流过发电机时因有内阻而发生损耗，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他形式的能，整个工作过程遵循能量守恒定律。