[整理]电磁感应中应用型创新型试题九例

电磁感应中应用型创新型试题九例

电磁感应中应用型创新型试题是指以电磁感应的知识在实际生活、生产中的应用，以科技新成果为背景材料编制而成的起点高、落点低、立意新的试题。电磁感应中有很多很好这样的试题，现略举十例如下。

1、以地磁场为背景材料

题1：为了控制海洋中水的运动，海洋工作者有时依靠水流通过地磁场所产生的感应电动势测水的流速。某课外活动兴趣小组有四个成员甲、乙、丙、丁组成，前去海边某处测量水流速度，假设该处地磁场的竖直分量已测出为B，该处的水流是南北流向。问下列测定方法可行的是 ( ) A.甲将两个电极在水平面沿水流方向插入水流中，测出两极间距离L及相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL.

B．乙将两个电极在水平面上沿垂直水流向插入水流中，测出两极间距离L及两极相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL.

C．丙将两个电极沿垂直海平面方向插入水流中，测出两极间距离L及两极相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL.

D．丁将两个电极在水平面上沿任意方向插入水流中，测出两极间距离L及两极相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL.

解析：该课外活动兴趣小组是利用两电极间的水流动切割地磁场运动产生的感应电动势来测水的流速的。要求两电极的连线、水的流动方向、地磁场的竖直分量三者相互垂直，故B选项正确。

2、以血液流速测量仪为背景材料

题2：一种测量血管中血流速度的仪器原理如图1所示,在动脉血管两侧分别安装电极并加

有磁场,设血管直径是20mm,磁场的磁感应强度为0.08T,电压表测出的电压为0.10mV,则血流速

度为 m/s .

解析：血液在血管中流动通过磁场时切割磁感线运动时，在血管两侧产生的感应电动势由电压表V测出。由 E=BDV 有

V= E/BD = 0.10×10-3/0.08×20×10-3 m/s = 0.0625m/s.

3、以磁单极子为背景材料

题3：1931年英国物理学家狄克从理论上预言,存在只有一个磁极的粒子,即"磁单极子"。1982年美国物理学家卡布莱拉设计了一个寻找磁单极子的实验,他设想如果只有N磁极的磁单极子从上向下穿过如图2所示的电阻趋于零的线圈,那么从上向下看,这个线圈将出现( )

A、先是逆时针方向,然后是顺时针方向的感应电流；

B、先是顺时针方向,然后是逆时针方向的感应电流；

C、顺时针方向持续流动的感应电流；

D、逆时针方向持续流动的感应电流。

解析： N磁极的磁单极子靠近圈时，穿过线圈的磁场向下，且磁通量增加，离开线圈时，穿过线圈的磁场向上，且磁通量减少。由楞次定律和右手定则可知，线圈中感应电流方向均为逆时针方向。故选答案D.

4、以电磁流量计为背景材料

题4：电磁流量计广泛应用于测量导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积),为了简化,假设流量计是如图3所示的横截面为长方形的一段管道,其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c。流量计的两端与输送流体的管道相连接(图中虚线),图中流量计的上下两面是金属材料,前后两面是绝缘材料,现于流量计所在处加磁感应强度为B

的匀强磁场,磁场方向垂直于前后两面,当导电流体稳定地流径流量计时,在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接,I表示测得的电流值,已知流体的电阻率为ρ,不计电流表的内阻,则可求得流量为

A、B、

C、D、

解析：导电液体流过磁场区域时切割磁感线运动产生感应电动势相当于电源，图中上、下两面相当于电源的正负极，且E=BLv=Bcv……①

管内液体的电阻r相当于电源内阻，且r = ρL/s = ρc/ab …②

由全电路欧姆定律有 E=I（R+r）……③

在时间t内通过某一横截面的流体的体积为以bc为底面vt为高的柱体内的液体体积，且为

V=bcvt ……④

由流量的定义有Q=V/t ……⑤

联立以上五式可解得 Q=I(bR + ρc/a)/B 。故答案A正确。

5、以磁性加热装置为背景材料

题5：有一种磁性加热装置,其关键部分由焊接在两个等大的金属圆环上的n根间距相等的平行金属条组长,成"鼠笼"壮,如图4所示,每根金属条的长度为L,电阻为R,金属环的直径为D,电阻不计,图中虚线所示的空间范围内存在着磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的宽度恰好等于"鼠笼"金属条的间距,当金属环以角速度ω绕过两圆环的圆心轴OO'旋转时,始终有一根金属条在垂直切割磁感线,"鼠笼"的转动由一台电动机带动,这套设备的效率为η,求电动机输出的机械功率。

分析:由题意知金属环中始终有一根金属条在垂直切割磁感线,切割磁感线的金属条产生感应电动势相当于一个电源,其它的金属条相当于(n-1)个并联电阻,导体在磁场中克服安培力做功的功率回路产生焦耳热的功率,这套设备的效率η为电动机的输出机械功率和导体在磁场中克服安培力做功功率的比值,即电动机输出的机械功率P=P安/η。

解：处于磁场中的金属条切割磁感线的线速度为 V=Dω/2 ……①

产生的感应电动势为 E=BLV=DBLω/2 ……②

通过切割磁感线的金属条的电流为I= E/[R + R/(n+1)]……③

磁场中导体受到的安培力为F=BIL……④

克服安培力做功的功率为 P安=FV……⑤

电动机输出的机械功率为P=P安/η ……⑥

联立以上各式可解得 P = (n-1)B2L2D2ω2/4nηR

6、以列车速度、加速度测量仪为背景材料

题6：为了测量列车运行的速度和加速度大小,可采用如图5所示的装置,它是由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(记录测量仪未图5画出)。当列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被记录下来,就能求出列车在各位置的速度和加速度。如图6所示,假设磁体端部磁感强度B＝0.004Ｔ,且全部集中在端面范围内,与端面相垂直磁体的宽度与线圈宽度相同,且都很小,线圈匝数n＝５,长L＝0.2m,电阻R＝0.4Ω(包括引出线的电阻)。测试记录下来的电流--位移图,如7所示。

（1）试计算在离O(原点)30m、130m处列车的速度V1和V2的大小。

（2）假设列车做的是匀速直线运动,求列车的加速度大小。

解析：（1）列车车头底部的强磁场通过线圈时，线圈的边切割磁感线运动，在线圈中产生的感应电动势为E=nBLV ……①

线圈中产生的感应电流为I=E/R=nBLV/R ……②

所以V=IR/nBL……③

从图7中可读出距Q点30m、130m处的电流分别为I1=0.12A ,I2=0.15A 代入③可得

V1=I1R/nBL=0.12×0.4/5×0.004×0.2 m/s = 12 m/s

V2=I2R/nBL=0.15×0.4/5×0.004×0.2 m/s = 15 m/s

由匀变速运动公式 V22-V12=2as 得a = (V22-V12)/2s

从图7中读出s=100m，所以a =(152-122)/2×100 m/s2 = 0.405 m/s2.

7、以磁悬浮列车为背景材料

题7：2000年底,我国宣布已研制成功一辆高温超导磁悬浮高速列车的模型车,该车的车速已