- 二一组卷

题型：综合题题类：常考题难易度：普通

北京市朝阳区2021届高三上学期物理期末质量检测反馈试卷

工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积）。它的优点是测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套。如图是电磁流量计的示意图。圆形管道由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管道中的导电液体流过磁场区域时，用仪表测量出放置在管道壁上的M、N两个电极间的电势差，就可以知道管道中液体的流量Q。已知电极M、N间的距离等于管道的直径d，磁感应强度为B。假定管道中各处液体的流速相同，且液体始终充满整个管道。

（1）、当液体流动方向如图所示时，仪表显示本应为正值，但实际显示却为负值，请问可能是什么原因？在不重新拆装电磁流量计的情况下，请你提出使仪表指示为正值的简便方法；

（2）、仪表自身一般有电阻，将其值记为R。M、N之间的导电液体的电阻记为r，r随导电液体电阻率的变化而变化，若不接仪表时电极M、N间的电势差为U，接仪表时电极间的电势差为 $\text{[math]}$ ，试推导 $\text{[math]}$ 与流量Q的关系式并分析说明、如何降低仪表对测量流量带来的影响；

（3）、为电磁流量计提供工作磁场叫励磁，电磁流量计在使用过程中，不同的励磁方式会产生不同的干扰信号，这些干扰信号与有用的信号混杂在一起，会干扰电压的测量。例如长时间的稳恒磁场会产生极化干扰，而正弦交流磁场易产生正交干扰，请结合上述信息，提出一个合理的励磁方式（可画出B-t图像），从而降低上述两种干扰。

举一反三

电磁缓冲装置广泛应用于高铁等交通工具，它利用电磁力来实现有效缓冲，其原理图如图所示。减速区分布着两部分磁场区域Ⅰ和Ⅱ（俯视），分别存在着垂直纸面向内和垂直纸面向外的宽度均为L的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B。缓冲车质量为M，其底部最前端固定有边长也为L的N匝正方形线圈，线圈电阻为r，缓冲车以速度 $\text{[math]}$ 无动力进入减速区，不计摩擦及空气阻力。则（　　）

如图所示，足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，经过足够长的时间，当流过ab棒某一横截面的电荷量为q时，棒的速度为v，则ab棒在这一过程中（）

航母舰载机最先进的弹射技术为电磁弹射，我国在这一领域已达到世界先进水平。关于电磁弹射研究建立如图所示模型，质量为m的线圈匝数为n，周长为L，线圈电阻为R，可在水平导轨上无摩擦滑动，线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为B，开关S与1接通，恒流源与线圈连接通电，线圈做加速运动，经过时间t运动速度为v，此时S掷向2接通定值电阻 $\text{[math]}$ ，线圈在磁场力作用下减速运动到停下，不计空气阻力。求：

（1）恒流源的电流I；

（2）通过电阻 $\text{[math]}$ 的电荷量Q；

（3）线圈运动的总距离s。

如图所示，间距L=0.8m的固定平行光滑金属导轨平面与水平面间的夹角θ=30°，导轨上端接有阻值R=4.0Ω的电阻，理想电流表串联在一条导轨上，整个装置处在磁感应强度方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场中。电阻r=1.0Ω的导体棒ab垂直导轨放置，将导体棒由静止开始释放，一段时间后导体棒以v₀=5m/s的速度匀速运动，导体棒匀速运动时电流表的示数恒为2A。取重力加速度大小g=10m/s² ，导体棒的长度与导轨间距相等，金属导轨足够长且电阻可忽略不计，求：

（1）导体棒切割磁感线产生的感应电动势E；

（2）匀强磁场的磁感应强度大小B；

（3）导体棒ab的质量m。

如图甲所示，无限长的两根通电直导线安装在横放的绝缘直三棱柱架子的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 两条棱边上（ $\text{[math]}$ ），在架子右侧一条棱边 $\text{[math]}$ 的中点上水平固定一面积为S（面积足够小）、电阻为R的n匝线圈，线圈到 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的距离分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，另外将足够长的平行绝缘轨道固定水平地面上（轨道分别位于BC和 $\text{[math]}$ 的延长线上），轨道间距为L。

（1）如果 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 上通电导线的电流大小分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，方向如图中箭头所示，求线圈中的磁通量（已知通电直导线周围激发的磁场满足关系： $\text{[math]}$ ，其中I为电流大小，r为到直导线的距离，k为某已知常数。另外线圈面积足够小时，通电导线在线圈中激发的磁场可当成匀强磁场）；

（2）如果通电导线在线圈处激发的磁感应强度的竖直分量 $\text{[math]}$ 与时间的关系如图乙所示，图中 $\text{[math]}$ 已知，求0到 $\text{[math]}$ 时间内，流过线圈导线横截面的电荷量；

（3）在第（2）题的前提条件下，已知 $\text{[math]}$ 时刻线圈中磁场方向为竖直向上，假设以俯视观察时逆时针方向为电流正方向。求 $\text{[math]}$ 时间内线圈中的电流瞬时表达式及0到T时间内线圈中电流有效值；

（4）撤去两根通电直导线，现将一质量为m、长度为L、接入轨道部分电阻为R的金属棒ab垂直放置在轨道上，右方还有质量为3m、边长均为L的U形框cdef，其中U形框cdef的电阻为3R。沿绝缘轨道方向建立x轴，虚线与坐标原点O在同一水平线上，虚线EF左侧轨道光滑，让虚线EF右侧所在空间存在竖直向上的磁场，磁感应强度的分布为 $\text{[math]}$ 。现在给金属棒ab一个水平向右的瞬时冲量 $\text{[math]}$ ，一段时间后金属棒ab与U形框发生完全非弹性碰撞，整体进入到EF右侧运动时会受到阻力，阻力大小与速度满足 $\text{[math]}$ ，求ab与U形框整体最终静止时ab边的坐标x及U形框在运动过程中产生的焦耳热 $\text{[math]}$ 。

如图，半径为l的金属圆环水平固定，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，金属棒OA可绕圆心O在圆环上转动。金属棒CD放在宽度也为l的足够长光滑平行金属导轨上，导轨倾角为θ，处于垂直导轨平面向下磁感应强度大小为B的匀强磁场中。用导线分别将金属圆环、金属棒OA的O端分别与D端导轨和C端导轨连接，已知金属棒OA和CD的长度均为l、质量均为m、电阻均为r，其他电阻不计。重力加速度大小为g。

(1)将金属棒OA固定，使金属棒CD从静止开始下滑，求金属棒CD的最大速度；

(2)让金属棒OA匀速转动，使金属棒CD保持静止，求：

①金属棒OA的转动方向；

②金属棒OA转动的角速度；

③金属棒OA两端的电势差U_OA。

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