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1、4 4（20112011 全国卷全国卷 1 1 第第 1717 题）题） 通常一次闪电过程历时约通常一次闪电过程历时约 0.20.2O.3sO.3s，它由若干个相继发，它由若干个相继发 生的闪击构成。每个闪击持续时间仅生的闪击构成。每个闪击持续时间仅 404080s80s，电荷转移主要发生在第一个闪击过程，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为 1.01.0910v v，云地间距离约为，云地间距离约为 l l kmkm；第一个；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为闪击过程中云地间转移的电荷量约为 6 6 C C，闪击持续时
2、间约为，闪击持续时间约为 60s60s。假定闪电前云地。假定闪电前云地 间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是A.A.闪电电流的瞬时值可达到闪电电流的瞬时值可达到 11510A A B B整个闪电过程的平均功率约为整个闪电过程的平均功率约为 ll1410W W C C闪电前云地间的电场强度约为闪电前云地间的电场强度约为 l10l106 6V/mV/m D.D.整个闪电过程向外释放的能量约为整个闪电过程向外释放的能量约为 66610J J解析：解析：5 661060 10qIAAt9 6 310/10/10uEv mv md 96 10w
3、UqJ9 14 66 101060 10wpwwt等离子发电机等离子发电机-速度选择器速度选择器-电磁流量计电磁流量计-霍尔元件传感器霍尔元件传感器 2010 23.（18 分）分） 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。 如图如图 1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场 B 中，在薄片的两个侧面中，在薄片的两个侧面 a、b 间通间通 以电流以电流 I 时，另外两侧时，另外两侧 c、f 间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的间产生电势差，这一现象称
4、为霍尔效应。其原因是薄片中的 移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是 c、f 间建立起电场间建立起电场 EH，同时产生，同时产生 霍尔电势差霍尔电势差 UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH和和 UH达到稳定值，达到稳定值，UH的大小与的大小与 I 和和 B 以及霍尔元件厚度以及霍尔元件厚度 d 之间满足关系式之间满足关系式 UHRH，其中比例系数，其中比例系数IB d RH称为堆尔系数，仅与材料性质有关。称为堆尔系数，仅与材料性质有关。（1）设半导体薄片的宽度（）设半导体薄片的宽度（c
5、、f 间距）为间距）为 l，请写出，请写出 UH和和 EH的关系式的关系式;若半导体若半导体 材料是电子导电的，请判断图材料是电子导电的，请判断图 1 中中 c、f 哪端的电势高哪端的电势高; （2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为 n，电子的电荷量为，电子的电荷量为 e，请导出，请导出 霍尔系数霍尔系数 RH的表达式。的表达式。 （通过横截面积（通过横截面积 S 的电流的电流 InevS，其中，其中 v 是导电电子定向移动是导电电子定向移动 的平均速率）的平均速率）; （3）图）图 2 是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周
6、边等距是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距 离地嵌装着离地嵌装着 m 个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。 当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图 3 所示。所示。 a.若在时间若在时间 t 内，霍尔元件输出的脉冲数目为内，霍尔元件输出的脉冲数目为 P，请导出圆盘转速，请导出圆盘转速 N 的表达式。的表达式。 b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外，请你展开利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之
7、外，请你展开“智慧的翅膀智慧的翅膀” ， 提出另一个实例或设想。提出另一个实例或设想。2002-16 （6 分）如图所示为一实验小车中利用光脉冲测量车速和行程的装置的示意图，分）如图所示为一实验小车中利用光脉冲测量车速和行程的装置的示意图， A 为光源，为光源，B 为光电接收器，为光电接收器，A、B 均固定在车身上，均固定在车身上，C 为小车的车轮，为小车的车轮，D 为与为与 C 同轴同轴 相连的齿轮。车轮转动时，相连的齿轮。车轮转动时，A 发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号， 被被 B 接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。
8、若实验显示单位时间内的脉冲数为接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为 n，累计脉冲数为尼，累计脉冲数为尼 N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是 ；小车速度的表达式为；小车速度的表达式为 v ；行程的表达式为；行程的表达式为 s 。答案：车轮半径答案：车轮半径 R 和齿轮的齿数和齿轮的齿数 p，2Rn/p，2rn/p（2009 年高考北京卷，年高考北京卷，23）23 （18 分）分）单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液 体的体积流量（以下简称流量）体
9、的体积流量（以下简称流量） 。由一种利用。由一种利用 电磁原理测量非磁性导电液体（如自来水、啤电磁原理测量非磁性导电液体（如自来水、啤 酒等）流量的装置，称为电磁流量计。它主要酒等）流量的装置，称为电磁流量计。它主要 由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表 两部分组成。传感器的结构如图所示，圆筒形两部分组成。传感器的结构如图所示，圆筒形 测量管内壁绝缘，其上装有一对电极测量管内壁绝缘，其上装有一对电极a和和 c, a,c 间的距离等于测量管内径间的距离等于测量管内径 D，测量管的轴，测量管的轴 线与线与 a、c 的连接方向以及通过电线圈产生的的连接方向
10、以及通过电线圈产生的 磁场方向三者相互垂直。当导电液体流过测量磁场方向三者相互垂直。当导电液体流过测量 管时，在电极管时，在电极 a、c 的间出现感应电动势的间出现感应电动势 E， 并通过与电极连接的仪表显示出液体流量并通过与电极连接的仪表显示出液体流量 Q。设磁场均匀恒定，磁感应强度为。设磁场均匀恒定，磁感应强度为 B。（1）已知）已知330.40 ,205 10,0.12 /Dm BT Qs，设液体在测量管内各处流速相同，设液体在测量管内各处流速相同，试求试求 E 的大小（的大小（去去 3.0） （2）一新建供水站安装了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值。但实际显）一新建供水站安装
11、了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值。但实际显 示却为负值。经检查，原因是误将测量管接反了，既液体由测量管出水口流入，从入水示却为负值。经检查，原因是误将测量管接反了，既液体由测量管出水口流入，从入水 口流出。因为已加压充满管道。不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量口流出。因为已加压充满管道。不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量 指示变为正直的简便方法；指示变为正直的简便方法；（3）显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为）显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为.Ra、c 间导电液体的电阻间导电液体的电阻 r 随液随液体电阻率变化而变化，从而会影响显示仪表
12、的示数。试以体电阻率变化而变化，从而会影响显示仪表的示数。试以 E、R。r 为参量，给出电极为参量，给出电极 a、c 间输出电压间输出电压 U 的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的 影响。影响。球体球体-圆柱体圆柱体-椎体流体模型椎体流体模型200823.（18 分）风能将成为分）风能将成为 21 世纪大规世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电模开发的一种可再生清洁能源。风力发电 机是将风能（气流的功能）转化为电能的机是将风能（气流的功能）转化为电能的 装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱，装置，其主要部件包括
13、风轮机、齿轮箱， 发电机等。如图所示。发电机等。如图所示。（1）利用总电阻）利用总电阻的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率10R ，输电电压，输电电压，求导线上损失的功率与输送功率的比值，求导线上损失的功率与输送功率的比值;0300kWP 10kUV（2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为，气流速度为气流速度为 v，风轮机叶片长度为，风轮机叶片长度为 r。求单位时间内流向风轮机的最大风能。求单位时间内流向风轮机的最大风能 Pm;在风速在风速
14、 和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施。和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施。 （3）已知风力发电机的输出电功率）已知风力发电机的输出电功率 P 与与 Pm 成正比。某风力发电机的风速成正比。某风力发电机的风速 v1=9m/s 时时 能够输出电功率能够输出电功率 P1=540kW。我国某地区风速不低于。我国某地区风速不低于 v2=6m/s 的时间每年约为的时间每年约为 5000 小小 时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。23 （18 分）风能是
15、一种环保型的可再生能源。据勘测，我国利用风力资源至少有分）风能是一种环保型的可再生能源。据勘测，我国利用风力资源至少有 253105MW，所以风能是很有开发前途的能源。风力发电是将风的动能通过风，所以风能是很有开发前途的能源。风力发电是将风的动能通过风 力发电机转化为电能的过程。某风力发电机将伞气的动能转化为电能的效率力发电机转化为电能的过程。某风力发电机将伞气的动能转化为电能的效率=20，空气密度，空气密度3/3 . 1mkg，其有效受风面积，其有效受风面积 S=20m2。此风力发电机输出。此风力发电机输出U=250V 稳定的直流电压，用它给如图稳定的直流电压，用它给如图 11 所示的皮带传送装置的电动机（电动机未所示的皮带传送装置的电动机（电动机未 画出）供电，输电线电阻不计。已知皮带传送装置的电动机的额定电压画出）供电，输电线电阻不计。已知皮带传送装置的电动机的额定电压 U额额 =250V，允许消耗电功率的最大值，允许消耗电功率的最大值 P电电 m=500W，线圈电阻，线圈电阻 R=50，在该电动机，在该电动机 消耗电功率达到最大值的情况下，电动机及皮带传送装置各部分由于摩擦而损耗的消耗电功率达到最大值的情况下，电动机及皮带传送装置各部分由于摩擦而损耗的 功率与皮带传送装置输出的机械功率之比为功率与皮带传送装置输出的机械功率之比为 1：5。重力加速度。重力加速度 g
