非電磁量的電磁測(cè)量方法賞析

楊新凱

(湖北省黃石第二中學(xué) 435003)

直接測(cè)量某些非電磁學(xué)量難度較大，但可結(jié)合高中物理知識(shí)，通過(guò)相應(yīng)的裝置轉(zhuǎn)化為電磁測(cè)量.解決此類(lèi)問(wèn)題的一般步驟為：建立模型，尋找規(guī)律，推理計(jì)算，得出結(jié)論.以下舉例說(shuō)明：

一、結(jié)合穩(wěn)恒電流知識(shí)

例1 如圖1是角速度計(jì)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，物件A產(chǎn)生位移并輸出電壓U.已知輕彈簧自然長(zhǎng)度為L(zhǎng)，勁度系數(shù)為k，A的質(zhì)量為m，滑動(dòng)變阻器全長(zhǎng)BC等于L，電阻絲粗細(xì)均勻，電源電動(dòng)勢(shì)為E，不計(jì)內(nèi)阻.系統(tǒng)靜止時(shí)滑片P處于電阻絲的最左端B點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求ω與U的函數(shù)關(guān)系.

析和解此題通過(guò)滑塊的移動(dòng)帶動(dòng)變阻器觸頭移動(dòng)，使U變化以測(cè)量ω.A的勻速圓周運(yùn)動(dòng)是由彈簧的彈力提供向心力，設(shè)BP=X，則

kx=m(L+x)ω2

①

由閉合電路及部分電路歐姆定律得

②

由電阻定律得

③

④

二、結(jié)合電場(chǎng)知識(shí)

例2水平的光滑平臺(tái)上豎直放置一平行板電容器的兩極扳(極板面積為S，間距為d).極板1固定，與環(huán)境絕緣；極板2接地，可在平臺(tái)上平行滑動(dòng).極板2的兩個(gè)側(cè)邊分別與兩彈簧相連(自然長(zhǎng)度均為L(zhǎng)、勁度系數(shù)均為k)，兩彈簧的另一端固定．圖2為此裝置俯視圖.先對(duì)電容器充電達(dá)到電壓U后即與電源斷開(kāi)，再在極板2右側(cè)的全部表面上施以均勻向左的壓強(qiáng)p(待測(cè))，使兩板間距發(fā)生微小變化(如圖3)，測(cè)得此時(shí)電容器的電壓變化量是ΔU，試求待測(cè)壓強(qiáng)p.(不計(jì)極板2所受的靜電力)

極板2受壓向左移動(dòng)使彈簧形變.達(dá)到平衡時(shí)，設(shè)極板2向左移動(dòng)Δd，電容器的電壓減少了ΔU，則有

U-ΔU=A(d-Δd) ②

③

極板2移動(dòng)后，如圖3，連接極板2的彈簧偏離其原來(lái)位置θ角，彈簧伸長(zhǎng)了ΔL，彈簧的彈力在垂直于極板的方向上的分量與加在極板2上的壓力平衡，即有

pS=2kΔLsinθ

④

因?yàn)棣仁俏⒃?，由幾何關(guān)系和小量近似知：

⑤

解③、④、⑤式得

三、結(jié)合電磁感應(yīng)知識(shí)

例3 圖4為電磁流量計(jì)的示意圖.圓管直徑為d，由非磁性材料制成，所在空間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).導(dǎo)電液體從管中流過(guò)時(shí)，可測(cè)得管壁直徑兩端的電動(dòng)勢(shì)為E，推導(dǎo)管中液體的流量Q(單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道橫截面的液體的體積)的表達(dá)式.

四、結(jié)合磁場(chǎng)知識(shí)

析和解設(shè)離子被加速后獲得的速度為v，由動(dòng)能定

上列展現(xiàn)了電磁法測(cè)非電磁量的巧妙，實(shí)際應(yīng)用中“速度選擇器”、“光強(qiáng)計(jì)”、“電阻溫度計(jì)”和“加速度計(jì)”等儀器也運(yùn)用了此類(lèi)方法，這些實(shí)例可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，同時(shí)能提高他們的學(xué)習(xí)素養(yǎng)與綜合實(shí)力.