1、2014年福建年福建 理综理综22题题厦门一中 黄垅水2015.01原题展示原题展示还记得磁流体发电机吗？还记得磁流体发电机吗？1.对象对象学会审题学会审题物理审题四要素物理审题四要素2.过程过程4.条件条件3.问题问题某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽度为d、高为h，上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B，方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为的导电液体（有大量的正、负离子），且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率v0沿x轴正向流动，液体
2、所受的摩擦阻力不变。描述几个主要对象？描述几个主要对象？某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽度为d、高为h，上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B，方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为的导电液体（有大量的正、负离子），且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率v0沿x轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变。包含几个物理过程？包含几个物理过程？隐含过程？隐含过程？3个对象液柱磁场电路纵向力学推动横向电荷积累、流动2个过程 某一新型发电装置的发电管是横
3、截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽度为d、高为h，上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B，方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为的导电液体（有大量的正、负离子），且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率v0沿x轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变。问题问题（1）：求开关闭合前，两板间的电势差大小U0；思考讨论思考讨论1.已知条件是什么？2.为什么会形成电势差？d原理负负电电荷荷B正电荷正电荷BqvEqBqvEqqEqvBUEdUBdv当洛伦兹力与电场力平衡时 解：解：？0
4、Bdv管道带电液体在磁场中的运动，可等效地看成许许多多的金属棒在磁场中做切割运动，根据电磁感应定律，切割电动势0UBdv开路时的端电压：方法二：方法二：思考讨论思考讨论1.是哪个对象上的压强差？2.发生在哪个物理过程？3.为什么液体流动需要压强差？4.为什么接通前后压强差会变化？v0P？问题（2）求开关闭合前后，管道两端压强差的变化求开关闭合前后，管道两端压强差的变化P。vv为什么液体流动需要压强差？v是否畅通无阻？vvvfP2SBILfP1SIhdlvhdS=hd压力差克服阻力：11()FP dhf 侧向通电后，新增了安培阻力：22()FP dhfBId 21()()P hdPPhd（）BI
5、dI电阻电阻 r=d/hL hdlMNBRE,rI电流：电流：I=/（R+r）0,B d vIRrdrh L1()P dhf接通前：2()P dhfBId接通后：21()()()h dh dPPP 联立解得：20L d v BPL h Rd解：解：1.电功率的公式有哪些？2.哪些量会引起功率的变化？3.函数关系怎样？思考讨论思考讨论保持S=dh不变，求电阻R可获得的最大功率Pm及相应的宽高比d/h的值。第（第（3）个问题个问题Rr根据P 双变量双变量单变量单变量单变量单变量内外电流内外电流I相同，关联度高相同，关联度高内外压与电阻成正比内外压与电阻成正比2PI R选：R不变，再转化为求I的极值
6、问题解：解：22/IUI RURSdh0dB vIrRRdhL另一约束：？/2axb xabf(x)=ax+b/x 2abab？“打勾函数打勾函数”“均值不等式均值不等式”0(),(3)BvRLIhd0().(1)BvRSLIdd0(),(2)BSvSRLIhhSdh0dB vIrRRdhL另一约束：0(1)()BhLdvIR由式：/d hhRdRLL当时，即时，0()2mBvIRSL有：220()4mmBvSLPI R所以，3、用错模型用错模型。本题的电动势、内阻都在发生相互关联的变化，不符合原模型的前提条件，不能套用！这是本题设计的创新和亮点！但遗憾的是若套用旧模型，Rr,=dRLRrhL
7、dh当：即时0202()4()4mBdvPdhLBvSL代入解得：易错点易错点“用错误的方法得出了正确的结论！用错误的方法得出了正确的结论！”24mPr电源最大输出功率：1、不理解磁流体发电机的原理，就无法求解第（1）问，这是知识上的缺漏。2、分析不出沿管道流动的各种压力、阻力和安培力，就建立不了流动的平衡方程，这主要是综合分析能力和推理能力达不到。易错点易错点 1、如果管道参数固定，改测侧向电压，则 U=Bdv,可测液体流速，流量Q=dhv=Uh/B.举一反三，多题一解举一反三，多题一解电电磁磁流流量量计计想更有收获，就要作一些改变,进行拓展、延伸、挖掘（2001年全国理科综合）年全国理科综
8、合）将流量计放在匀强磁场将流量计放在匀强磁场B B中中,磁场方向垂直前后两面。当导电液体流经流磁场方向垂直前后两面。当导电液体流经流量计的流量稳定时，在管外将流量计上、下两表量计的流量稳定时，在管外将流量计上、下两表面间接入电阻面间接入电阻R R和电流表。若用和电流表。若用I表示测得的电流表示测得的电流值。已知流体的电阻率为值。已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻，不计电流表的内阻，则可则可求求得得流量流量为为 AI(bR+c/a)/B BI(aR+b/c)/B CI(cR+a/b)/B DI(R+bc/a)/BbacBAR（0909年宁夏卷）年宁夏卷）医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来医
9、生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。监测通过动脉的血流速度。电磁血流计电磁血流计由一对电极由一对电极a和和b以及以及磁极磁极N和和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的
10、离子所受的电血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0mm3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160V160V，磁感应强度的大小为磁感应强度的大小为0.040T0.040T。则血流速度的近似值和电极。则血流速度的近似值和电极a a、b b的正负为的正负为 （）A.1.3m/s，a正、正、b负负 B.2.7m/s，a正、正、b负负C.1.3m/s，a负、负、b正正 D.2.7m/s，a负、负、b正正（2011.江苏模拟)利用
11、霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，下列说法中正确的是：A电势差UCD仅与材料有关B若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0C仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平 举一反三，多题一解举一反三，多题一解2.相同的电流，载流子不同，两侧电势差相反“霍尔效应霍尔效应”(2011南昌一模)磁流体发电机的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。
12、如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时，电流表示数为I.那么板间电离气体的电阻率为 A B C D 3.考磁流体发电机的其它参数举一反三，多题一解举一反三，多题一解(2004年天津高考理综)磁流体发电是一种新型发电方式，图6和图7是其工作原理示意图。图6中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为、，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻相连。整个发电导管处于图7中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B
13、，方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差维持恒定，求：（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；（2）磁流体发电机的电动势E的大小；（3）磁流体发电机发电导管的磁流体发电机发电导管的输入功率输入功率P P。（高三模拟）在原子反应堆中抽动金属或在医疗器件中抽动血液等导电液时,由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触,常使用一种电
14、磁泵,图中表示这种电磁泵的结构,将导管放在磁场中,当电流穿过导电液体时,这种液体即被驱动.问:(1)这种电磁泵的原理是什么?(2)导电管的截面积为ab,磁 场的宽度为L,磁感应强度为B,液 体穿过磁场区域的电流强度为I,求驱动力造成的压强差为多少?LabSNvIB4.安培力做动力电磁驱动问题举一反三，多题一解举一反三，多题一解(06北京)磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用，图是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。如图所示，通道尺寸a=2.0m、b=0.15m、c=0.10m，工作时，在通道内沿z轴正方向加B=8.0T的匀强磁场；沿x轴负
15、方向加匀强电场，使两极板间的电压U=99.6V；海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率=0.20m。（1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向。（2）船以vs=5.0m/s的速度匀速前进。以船为参照物，海水以5.0m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水的速率增加到vd=8.0m/s。求此时金属板间的感应电动势U感感。（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按U=U-U感感计算，海水受到电磁力的80%可以转化为船的动力。当船以vs=5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。（2002年上海卷）如图为利用电磁作用输送非导电流体装置的示意图。一边
16、长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面积为A的小喷口，喷口离地的高度为h。管道中有一绝缘活塞，在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a、b，其中棒b的两端与一电压表相连，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中，当棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流I时，活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,液体落地点离喷口的水平距离为x。若液体的密度为，不计所有阻力，求：活塞移动的速度.该装置的功率.磁感应强度B的大小.若在实际使用中发现电压表的读数变小，试分析其可能的原因。（2007海南）据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示.炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，
17、并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离d=0.10 m，导轨长L=5.0 m，炮弹质量m=0.30 kg。导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B=2.0 T，方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为v=2.0103 m/s。求通过导轨的电流I。（忽略摩擦力与重力的影响）还可以变出很多题，都要做一遍吗？还可以变出很多题，都要做一遍吗？3个对象液柱纵向力学推动横向电荷积累、流动2个过程磁场电路掌握方法，掌握方法，多题归一！多题归一！透 万小结小结v1.考查了洛
18、伦兹力、电动势、电势差、安培力、功率、压强等概念，以及电阻定律、闭合电路欧姆定律和电场强度与电势差的关系等知识点。v2.考查了对以上概念的理解能力，推理能力，综合分析物理过程的能力，以及运用数学解决物理问题的能力。v体现了物理模型思想，等效方法和数学方法等。一、本题考了什么？一、本题考了什么？v1.考查了洛伦兹力、电动势、电势差、安培力、功率、压强等概念，以及电阻定律、闭合电路欧姆定律和电场强度与电势差的关系等知识点。v2.考查了学生对以上概念的理解能力，推理能力，综合分析物理过程的能力，以及运用数学解决物理问题的能力。v体现了物理模型思想，等效方法和数学方法等。v1.研究对象、时间、地点、事
19、件地点：在图示矩形管道内 时间：当加上横向匀强磁场时事件：管道两侧出现电势差，接上侧向外电阻将会形成侧向电流。对象：流动的导电液体 v1、如果管道参数固定，只接侧向电表，则vU=Bdv,可测液体流速，进而可监测液体流量Q=dhv=Uh/B.v2、如果导电液体中的自由电荷带电性不同，则两侧电势差方向相反，这就是“霍尔效应”。v3、如果只改变管道的宽度，则输出电流、电压、功率怎样变化？试题的拓展与挖掘试题的拓展与挖掘d原理原理负负电电荷荷B正电荷正电荷（高三模拟）如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置，一长方体绝缘容器内部高为L，厚为d，左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b，上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极），并经开关S与电源连接。容器中注满能导电的液体，液体的密度为将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里.当开关断开时，竖直管子a、b中的液面高度相同；开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差。若闭合开关S后，a、b管中液面将出现高度差为h，电路中电流表的读数为I，求磁感应强度B的大小。
