如图所示,横截面为矩形的管道中,充满了水银,管道的上下两壁为绝缘板,左右两壁为导体板,(图中斜线部分),两导体板被一无电阻的导线短接.管道的高度为a,宽度为b,长度为c.

问题描述:

如图所示,横截面为矩形的管道中,充满了水银,管道的上下两壁为绝缘板,左右两壁为导体板,(图中斜线部分),两导体板被一无电阻的导线短接.管道的高度为a,宽度为b,长度为c.加在管道两端截面上的压强差恒为p,水银以速度v沿管道方向流动时,水银受到管道的阻力f与速度成正比,即f=kv(k为已知量).求:

(1)水银的稳定速度v1为多大?
(2)如果将管道置于一匀强磁场中,磁场与绝缘壁垂直,磁感应强度的大小为B,方向向上,此时水银的稳定流速v2又是多大?(已知水银的电阻率为ρ,磁场只存在于管道所在的区域,不考虑管道两端之外的水银对电路的影响)

(1)水银匀速运动时达到稳定状态,压力与阻力二力平衡,则有
   pab=kv1
解得,水银稳定速度  v1

pab
k

(2)将管道置于一匀强磁场中,水银切割磁感线产生的感应电动势为  E=Bbv2
  回路中电阻为 R=ρ
b
ac

由欧姆定律得感应电流为I=
E
R
=
Bbv2
ρ
b
ac
=
Bacv2
ρ

由平衡条件可得 p•ab=BIb+kv2
所以  v2
p•abρ
kρ+B2abc

答:(1)水银的稳定速度v1
pab
k

(2)将管道置于一匀强磁场中,水银的稳定流速v2
pabρ
kρ+B2abc