题目内容

【题目】如图所示是某同学自制的灵敏电流表简易图,在光滑的倾角为θ的斜面上,有两个劲度系数均为k的绝缘轻质弹簧,上端固定在斜面的横梁PQ上,下端和一质量为m的均匀细金属杆MN相连.在矩形区域abcd内有磁感应强度为B、方向垂直斜面向里的匀强磁场,磁场边界ab的长度为l1,bc的长度为l2,MN的长度为l3,且l3>l1,用柔软的金属导线将金属杆M、N两端分别和正、负接线柱A、B相连.当MN中没有电流通过且处于静止状态时,MN与ad、bc中点连线重合,指针指在标尺的零刻度;当MN中有电流通过时,指针所指示数可表示电流的大小,且规定电流方向从M指向N时为正.已知MN、PQ始终和斜面底边相平行,柔软导线对MN没有力的作用,弹簧的压缩、拉伸均在弹性限度内,重力加速度为g,则(  )

A.灵敏电流表的示数为零时,每条弹簧的伸长量为

B.弹簧的弹力为零时,灵敏电流表的示数为,电流是从A接线柱流入的

C.电流表的刻度不均匀,且零刻度线上方的刻度线分布较密集

D.电流表零刻度线下方为负值,最大刻度值为

【答案】D

【解析】

A.设金属杆无电流通过时弹簧的伸长量为Δx,则有

2kΔx=mgsin θ

则每条弹簧的伸长量为,所以A错误;

B.弹簧的弹力为零时,电流从A接线柱流入,有

BIl1=mgsin θ

则

I=

所以B错误;

C.设电流从B接线柱流入时,金属杆沿斜面向下移动x,则有

BIl1+mgsin θ=2k(x+Δx)

联立

2kΔx=mgsin θ

得

BIl1=2kx

即I∝x,设电流从A接线柱流入时,金属杆沿斜面向上移动x,则有

BIl1=mgsin θ+2k(x-Δx)

[或BIl1+2k(Δx-x)=mgsin θ]

联立

2kΔx=mgsin θ

也得到

BIl1=2kx

即I∝x,故电流表零刻度线上、下方刻度线分布都是均匀的,所以C错误;

D.电流从B接线柱进入,金属杆带动指针沿斜面向下移动,故零刻度线下方为负值,设最大刻度为Im,由受力平衡得

BIml1+mgsin θ=2k

即

Im=

所以D正确.

故选D。

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