(完整)高考物理-磁流體發(fā)電和電磁流量計(jì)(解析版)

1、2020年高考物理100考點(diǎn)最新模擬題千題精練（選修 3-1）第三部分磁場(chǎng)專題3.33磁流體發(fā)電和電磁流量計(jì)一.選擇題1.（2018山東省淄博一中三模）為監(jiān)測(cè)某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖12所示的長(zhǎng)方體流量計(jì).該裝置由絕緣材料制成，其長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口.在垂直于上下底面方向加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極.污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，接在 M、N兩端間的電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量（單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積）,下列說法中正確的是（）A. M端的電勢(shì)比N端的高B.電壓表的示數(shù) U與a和b均成正比，

2、與c無關(guān)C.電壓表的示數(shù) U與污水的流量 Q成正比 D.若污水中正、負(fù)離子數(shù)相同，則電壓表的示數(shù)為0【參考答案】 C【名師解析】 根據(jù)左手定則知，正離子所受的洛倫茲力方向向里，則向里偏轉(zhuǎn)，N端帶正電，M端帶負(fù)電，則M端的電勢(shì)比N端電勢(shì)低，故A錯(cuò)誤； 最終離子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下平衡，有：qvB = qU,解得U = vBb,電壓表的示數(shù) U與b成正比，與污水中正、負(fù)離子數(shù)無關(guān)，故 B、D錯(cuò)誤；因v = M，則流Bb量Q=vbc=管，因此U =詈，所以電壓表的示數(shù) U與污水流量Q成正比，故C正確.2 .如圖所示是一速度選擇器，當(dāng)粒子速度滿足v0=E時(shí)，粒子沿圖中虛線水平射出；若某一粒子以速度

3、v射入該速度選擇器后，運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中實(shí)線，則關(guān)于該粒子的說法正確的是A.粒子射入的速度一定是 v>EB.粒子射入的速度可能是 v<EBBC.粒子射出時(shí)的速度一定大于射入速度D.粒子射出時(shí)的速度一定小于射入速度【參考答案】B【名師解析】由于題述沒有給出帶電粒子的電荷屬性，所有一定的選項(xiàng)均錯(cuò)誤，所以粒子射入的速度可能是v<E,選項(xiàng)B正確。 B3 .（多選）如圖所示是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，兩平行金屬板P、Q之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng).一束等離子體 （即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子）沿垂直于磁場(chǎng)的方向噴入磁場(chǎng).把P、Q與電阻R相連接.下列說法正確的是（）A. Q板的電勢(shì)高于 P

4、板的電勢(shì)B. R中有由a向b方向的電流C.若只改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，R中電流保持不變D.若只增大粒子入射速度，R中電流增大【參考答案】BD【名師解析】等離子體進(jìn)入磁場(chǎng)，根據(jù)左手定則，正離子向上偏，打在上極板上，負(fù)離子向下偏，打在下極板上，所以上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，則P板的電勢(shì)高于 Q板的電勢(shì)，流過電阻 R的電流方向由a至ij b,故A錯(cuò)誤，B正確；依據(jù)電場(chǎng)力等于洛倫茲力，即為qU = qvB，則有U= Bdv,再由閉合電路歐姆d定律1=占=梟，電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，故 c錯(cuò)誤；由上分析可知，若只增大粒子的入射速度，r中電流會(huì)增大，故 D正確.4 . 1957年，科學(xué)家首先提出了兩類超導(dǎo)體的概念

5、，一類稱為I型超導(dǎo)體，主要是金屬超導(dǎo)體，另一類稱為n型超導(dǎo)體（載流子為電子），主要是合金和陶瓷超導(dǎo)體 .I型超導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)有屏蔽作用，即磁場(chǎng)無法進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部，而n型超導(dǎo)體則不同，它允許磁場(chǎng)通過.現(xiàn)將一塊長(zhǎng)方體n型超導(dǎo)體通入穩(wěn)恒電流I后放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖4所示.下列說法正確的是（）A.超導(dǎo)體的內(nèi)部產(chǎn)生了熱能B.超導(dǎo)體所受安培力等于其內(nèi)部所有電荷定向移動(dòng)所受洛倫茲力的合力C.超導(dǎo)體表面上a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系為 8<8D.超導(dǎo)體中電流I越大，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差越小【參考答案】BC【名師解析】超導(dǎo)體電阻為零，超導(dǎo)體不會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生熱能，故 A錯(cuò)誤；超導(dǎo)體所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，安培力等

6、于其內(nèi)部所有電荷定向移動(dòng)所受洛倫茲力的合力，故B正確；載流子為電子，超導(dǎo)體表面上a帶負(fù)電，所以 帆故C正確；根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I=neSv,當(dāng)超導(dǎo)體穩(wěn)定時(shí)，洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡，即 evB=ed,解得：U=BdS，所以電流越大，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差越大，故 D錯(cuò)誤.5.（2018南通卞II擬）如圖7所示為利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖，矩形發(fā)電管道水平東西放置，整個(gè)管道置于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其上、下兩面是絕緣板，南、北兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連，已知發(fā)電管道長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為d、高為h,海水在發(fā)電管道內(nèi)以恒定速率v朝正東方向

7、流動(dòng)。發(fā)電管道內(nèi)的海水在垂直流動(dòng)方向的電阻為r,海水在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻力大小恒為f,不計(jì)地磁場(chǎng)的影響，則（）A.N側(cè)的電勢(shì)高B.開關(guān)S斷開時(shí)，M、N兩端的電壓為 BdvC.開關(guān)S閉合時(shí)，發(fā)電管道進(jìn)、出口兩端壓力差F=f+ 呼VR+ r二、八 一，B2d2v2D.開關(guān)S閉合時(shí)，電阻R上的功率為 口R【參考答案】BC【名師解析】海水向東流動(dòng)的過程中，正電荷受到的洛倫茲力的方向指向M,而負(fù)電荷受到的洛倫茲力的方向指向N,所以M側(cè)聚集正電荷，M側(cè)的電勢(shì)高，故選項(xiàng) A錯(cuò)誤；開關(guān)S斷開時(shí)，設(shè)海水中的電荷所 帶的電荷量為q,當(dāng)其所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，M、N兩端的電壓 U保持恒定，有qvB=q

8、d，解得：U=Bdv,故選項(xiàng)B正確；設(shè)開關(guān)S閉合后，發(fā)電管道進(jìn)、出口兩端壓力分別為Fi、F2,海水所受的摩擦阻力恒為f,開關(guān)S閉合后管道內(nèi)海水受到的安培力為F安，有：F2=F1 + f+F安，F(xiàn)安=3口，根據(jù)歐姆定F= F2 Fi =f+B2d2vR+r,故選項(xiàng)C正確；電阻R上的功率為P=I2R =B2d2v2R(R+r) 2,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。6 .（2018丹陽(yáng)中學(xué)模擬）電磁泵在目前的生產(chǎn)、科技中得到了廣泛應(yīng)用。如圖 8所示，泵體是一個(gè)長(zhǎng)方體，ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)i,兩側(cè)端面是邊長(zhǎng)為 L2的正方形；流經(jīng)泵體內(nèi)的液體密度為p、在泵頭通入導(dǎo)電劑后液體的電導(dǎo)率為o（電阻率的倒數(shù)）,泵體所在處有方向垂直前表面

9、向外的磁場(chǎng)B,把泵體的上下兩表面接在電壓為U（內(nèi)阻不計(jì)）的電源上，則（）ULiA.泵體上表面應(yīng)接電源正極B.通過泵體的電流1= （TC.增大磁感應(yīng)強(qiáng)度可獲得更大的抽液高度D.增大液體的電阻率可獲得更大的抽液高度【參考答案】AC【名師解析】當(dāng)泵體上表面接電源的正極時(shí)，電流從上向下流過泵體，這時(shí)受到的磁場(chǎng)力水平向左，拉動(dòng)液體，故選項(xiàng) A正確；根據(jù)電阻定律，泵體內(nèi)液體的電阻R=上=1rL因此流過泵體的電流 IS （rLlL2 （T Li=U = ULi y故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；增大磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,受到的磁場(chǎng)力變大，因此可獲得更大的抽液高度，故選 R項(xiàng)C正確；若增大液體的電阻率，則電流減小，受到的磁場(chǎng)力減小，

10、使抽液高度減小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7 .磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)。如圖所示，平行金屬板之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將一束含有大量正、負(fù)帶電粒子的的等離子體，沿圖中所示方向噴入磁場(chǎng)，圖中虛線框部分相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，把兩個(gè)極板與用電器相A.用電器中的電流方向從 B到A連，則（）8 .用電器中的電流方向從A到BC.若只增大帶電粒子電量，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大【參考答案】BDD.若只增大噴入粒子的速度，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大【名師解析】首先對(duì)等離子體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析：開始時(shí)由左手定則判斷正離子所受洛倫茲力方向向上（負(fù)離子所受洛倫茲力方向向下），則正離子向上板聚集，負(fù)離子則向下板聚集，兩板間產(chǎn)生了電勢(shì)差，即金屬板變?yōu)橐浑娫?，且?/p>

11、板為正極下板為負(fù)極，所以通過用電器的電流方向從A到B,選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；此后的正離子除受到向上的洛倫茲力f外還受到向下的電場(chǎng)力 F,最終兩力達(dá)到平衡，即最終等離子體將勻速通過磁場(chǎng)區(qū)域，因 f=qvB, F = q_,則：qpE二q亍，解得E=Bdv,所以電動(dòng)勢(shì) E與速度v及磁場(chǎng)B成正 比，與帶電粒子的電量無關(guān)，選項(xiàng) C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；故選BD。點(diǎn)睛：正確分析離子的受力情況是解決本題的關(guān)鍵。先根據(jù)左手定則判斷等離子體的正離子（或負(fù)離子）所受洛倫茲力的方向，從而知道金屬板的電勢(shì)高低，進(jìn)一步受力分析結(jié)合牛頓第二定律可得出最終等離子體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)洛倫茲力等于電場(chǎng)力，分析電動(dòng)勢(shì)的決定因素

12、。二.計(jì)算題1.磁流體發(fā)電是一種新型發(fā)電方式，圖1和圖2是其工作原理示意圖。圖 1中的長(zhǎng)方體是發(fā)電導(dǎo)管，其中空部分的長(zhǎng)、高、寬分別為 1、a、b,前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體，上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可略的導(dǎo)體電極，這兩個(gè)電極與負(fù)載電阻 Rl相連。整個(gè)發(fā)電導(dǎo)管處于圖 2中磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向如圖1所示。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)有電阻率為p的高溫、高速電離氣體沿導(dǎo)管向右流動(dòng)，并通過專用管道導(dǎo)出。由于運(yùn)動(dòng)的電離氣體受到磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)電離氣體流速隨磁場(chǎng)有無而不同。設(shè)發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)電離氣體流速處處相同，且不存在磁場(chǎng)時(shí)電離氣體流速為vo,電離氣體所受摩擦阻力總與流速成正比，發(fā)電導(dǎo)管兩端的電

13、離氣體壓強(qiáng)差 Ap維持恒定，求：（1）不存在磁場(chǎng)時(shí)電離氣體所受的摩擦阻力F多大；（2）磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì) E的大小；（3）磁流體發(fā)電機(jī)發(fā)電導(dǎo)管的輸入功率P。【解析】（1）不存在磁場(chǎng)時(shí)，由力的平衡得電離氣體所受的摩擦阻力F=ab Apo(2)設(shè)磁場(chǎng)存在時(shí)的氣體流速為v,則磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=Bav ,內(nèi)阻r= p a/bl回路中的電流I=E/(R_+r尸Bav ,2 2電流I受到的安培力F安=Bla =B a voRlbl設(shè)F為存在磁場(chǎng)時(shí)的摩擦阻力，依題意vVo存在磁場(chǎng)時(shí)，由力的平衡得abAp = 5安+F',根據(jù)上述各式解得 E21 B2aVo ab P（Rl）bl(3)磁流體發(fā)

14、電機(jī)發(fā)電導(dǎo)管的輸入功率 P= abvAp,由能量守恒定律得 P=EI+ F'v,abv0 pB2av01 0b P（Rl -a）bl【點(diǎn)評(píng)】此題以磁流體發(fā)電切入，考查力的平衡、電阻定律、閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、功率、安培力、能量守恒定律等知識(shí)點(diǎn)。2. (2017洛陽(yáng)一模)示波器的主要結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為：電子槍中的加速電場(chǎng)、兩水平放置的平行金屬板中的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和豎直放置的熒光屏組成，如圖所示。若已知加速電場(chǎng)的電壓為Ui。兩平行金屬板的板長(zhǎng)、板間距離均為d,熒光屏距兩平行金屬板右側(cè)的距離也為do電子槍發(fā)射質(zhì)量為 m、電荷量為-e的電子，從兩平行金屬板的中央穿過，打在熒光屏的中點(diǎn)O。不

15、計(jì)電子在進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)的速度及電子重力。若兩金屬板間只存在豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓為U2,電子會(huì)打在熒光屏上某點(diǎn)，該點(diǎn)距 。點(diǎn)距離為do求5和U2的比值U1OU2審子檢J：【名師解析】在電子加速過程中，由動(dòng)能定理得e Ui= mvo2,2電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)區(qū)做類平拋運(yùn)動(dòng)，如圖所示。在此過程中，電子的水平位移:d=v ot,. eE電子的加速度：a=-m,偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)：E=U2電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的位移:d1 2 y= - at2,2設(shè)電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度的偏向角為v、，。，貝U: tan 9=VoV。打在熒光屏上的亮點(diǎn)的位置距。點(diǎn)的距離：Y=y+d tan。由題意可知；Y

16、=3d/2,U 1由以上各式聯(lián)立解得：U1 = 1oU2 23.壓力波測(cè)量?jī)x可將待測(cè)壓力波轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，其原理如圖1所示，壓力波p (t)進(jìn)入彈性盒后，通過與錢鏈O相連的同”型輕桿L,驅(qū)動(dòng)桿端頭 A處的微型霍爾片在磁場(chǎng)中沿 x軸方向做微小振動(dòng)，其位移與壓力p成正比(jc = apgA。)。霍爾片的放大圖如圖 2所示，它由長(zhǎng) 棧叫=a xbM,單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的N型半導(dǎo)體制成，磁場(chǎng)方向垂直于 x軸向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ff = Ba(l - 0國(guó)上。 0。無 壓力波輸入時(shí)，霍爾片靜止在 x=0處，此時(shí)給霍爾片通以沿 4G方向的電流I,則在側(cè)面上 Di、D2兩點(diǎn)間 產(chǎn)生霍爾電壓Uo.(

17、1)指出Di、D2兩點(diǎn)那點(diǎn)電勢(shì)高；(2)推導(dǎo)出U。與I、B。之間的關(guān)系式(提示：電流I與自由電子定向移動(dòng)速率v之間關(guān)系為I=nevbd,其中e為電子電荷量)；(3)彈性盒中輸入壓力波 p (t),霍爾片中通以相同的電流，測(cè)得霍爾電壓Uh隨時(shí)間t變化圖像如圖3,忽略霍爾片在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所的電動(dòng)勢(shì)和阻尼，求壓力波的振幅和頻率。(結(jié)果用Uo、Ui、t。、“、及3)【參考答案】(1) Di點(diǎn)電勢(shì)高 (2) /二之彳【名師解析】由左手定則可判定電子偏向D2邊，所以Di邊電勢(shì)高；當(dāng)電壓為 U。時(shí)，電子不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故電場(chǎng)力等于洛倫茲力，根據(jù)電流I與自由電子定向移動(dòng)速率 v之間關(guān)系為I=nevbd求出U。與

18、I、B。之間的關(guān)系式；圖像結(jié)合輕桿運(yùn)動(dòng)可知，0-t。內(nèi)，輕桿向一側(cè)運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)又返回至原點(diǎn)，則可知輕桿的運(yùn)動(dòng)周期，當(dāng)桿運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，電壓最小，結(jié)合U。與I、B。之間的關(guān)系式求出壓力波的振幅。解：(i)電流方向?yàn)镃iC2,則電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?C2Ci,由左手定則可判定電子偏向D2邊，所以Di邊電勢(shì)高；(2)當(dāng)電壓為U。時(shí)，電子不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故電場(chǎng)力等于洛倫茲力qvB0=q- 由電流：=,丁 ,得："高將帶入得一(3)圖像結(jié)合輕桿運(yùn)動(dòng)可知，0-t。內(nèi)，輕桿向一側(cè)運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)又返回至原點(diǎn)，則輕桿的運(yùn)動(dòng)周期為 T=2to所以，頻率為：二j 編當(dāng)桿運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，電壓最小，即取 Ui,此時(shí)R =取x正向最遠(yuǎn)處為振幅 A ,有：通= g *月）*卸所以：