非电磁量的电磁测量方法赏析

杨新凯

(湖北省黄石第二中学 435003)

直接测量某些非电磁学量难度较大，但可结合高中物理知识，通过相应的装置转化为电磁测量.解决此类问题的一般步骤为：建立模型，寻找规律，推理计算，得出结论.以下举例说明：

一、结合稳恒电流知识

例1 如图1是角速度计的结构，系统绕OO′轴转动，物件A产生位移并输出电压U.已知轻弹簧自然长度为L，劲度系数为k，A的质量为m，滑动变阻器全长BC等于L，电阻丝粗细均匀，电源电动势为E，不计内阻.系统静止时滑片P处于电阻丝的最左端B点，当系统以角速度ω匀速转动时，求ω与U的函数关系.

析和解此题通过滑块的移动带动变阻器触头移动，使U变化以测量ω.A的匀速圆周运动是由弹簧的弹力提供向心力，设BP=X，则

kx=m(L+x)ω2

①

由闭合电路及部分电路欧姆定律得

②

由电阻定律得

③

④

二、结合电场知识

例2水平的光滑平台上竖直放置一平行板电容器的两极扳(极板面积为S，间距为d).极板1固定，与环境绝缘；极板2接地，可在平台上平行滑动.极板2的两个侧边分别与两弹簧相连(自然长度均为L、劲度系数均为k)，两弹簧的另一端固定．图2为此装置俯视图.先对电容器充电达到电压U后即与电源断开，再在极板2右侧的全部表面上施以均匀向左的压强p(待测)，使两板间距发生微小变化(如图3)，测得此时电容器的电压变化量是ΔU，试求待测压强p.(不计极板2所受的静电力)

极板2受压向左移动使弹簧形变.达到平衡时，设极板2向左移动Δd，电容器的电压减少了ΔU，则有

U-ΔU=A(d-Δd) ②

③

极板2移动后，如图3，连接极板2的弹簧偏离其原来位置θ角，弹簧伸长了ΔL，弹簧的弹力在垂直于极板的方向上的分量与加在极板2上的压力平衡，即有

pS=2kΔLsinθ

④

因为θ是微元角，由几何关系和小量近似知：

⑤

解③、④、⑤式得

三、结合电磁感应知识

例3 图4为电磁流量计的示意图.圆管直径为d，由非磁性材料制成，所在空间充满磁感应强度为B的匀强磁场.导电液体从管中流过时，可测得管壁直径两端的电动势为E，推导管中液体的流量Q(单位时间内流过管道横截面的液体的体积)的表达式.

四、结合磁场知识

析和解设离子被加速后获得的速度为v，由动能定

上列展现了电磁法测非电磁量的巧妙，实际应用中“速度选择器”、“光强计”、“电阻温度计”和“加速度计”等仪器也运用了此类方法，这些实例可培养学生的创新精神和实践能力，同时能提高他们的学习素养与综合实力.