Question

16．如图所示，某同学用玻璃皿在中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体的实验”，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.1T，玻璃皿的横截面的半径为a=0.05m，电源的电动势为E=3V，内阻为r=0.1Ω，限流电阻R₀=4.9Ω，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9Ω，闭合开关后，当液体旋转时电压表的示数为1.5V，则（　　）

• A． 由上往下看，液体做顺时针旋转
• B． 液体所受的安培力大小为1.5×10^-3N
• C． 闭合开关后，液体热功率为0.081W
• D． 闭合开关10s，液体具有的动能是3.69J

Answer 1

分析 在电源外部，电流由正极流向负极；由左手定则可以判断出导电液体受到的安培力方向，从而判断出液体的旋转方向；根据闭合电路的欧姆定律求出电路中的电流值，然后根据安培力的公式计算安培力的大小，根据焦耳定律计算热功率；根据功能关系计算液体获得的动能

解答 解：A、由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心；器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转；故A错误；
B、电压表的示数为1.5V，则根据闭合电路的欧姆定律：E=U+IR₀+Ir，所以电路中的电流值：$I=\frac{E-U}{{R}_{0}+r}=\frac{3-1.5}{4.9+0.1}$=0.3A，液体所受的安培力大小为：F=BIL=BIa=0.1×0.3×0.05=1.5×10^-4N．故B正确；
C、玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9Ω，则液体热功率为P_热=I²R=0.3²×0.9=0.081W．故C错误；
D、10s末液体的动能等于安培力对液体做的功，通过玻璃皿的电流的功率：P=UI=1.5×0.3=0.45W，所以闭合开关10s，液体具有的动能是：E_K=W_电流-W_热=（P-P_热）•t=（0.45-0.081）×10=3.69J，故D正确．
故选：BD

点评 该题考查电磁驱动，是一道容易出错的题目．容易错的地方是当导电液体运动后，液体切割磁感线将产生反电动势，导电液体的电阻值消耗的电压不等于液体两端的电压！