光点式检流计是一种可以测量微小电流的仪器,其简化的工作原理…——2022 高考物理第 12 题答案解析

2022_全国甲卷

2022 全国 第 12 题 解答题 区分题
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12. 光点式检流计是一种可以测量微小电流的仪器,其简化的工作原理示意图如图所示。图中A为轻质绝缘弹簧,C为位于纸面上的线圈,虚线框内有与纸面垂直的匀强磁场;M为置于平台上的轻质小平面反射镜,轻质刚性细杆D 的一端与M固连且与镜面垂直、另一端与弹簧下端相连, $P Q$ 为圆弧形的、带有均匀刻度的透明读数条, $P Q$ 的圆心位于M的中心。使用前需调零:使线圈内没有电流通过时,M竖直且与纸面垂直;入射细光束沿水平方向经 $P Q$ 上的O 点射到M上后沿原路反射。线圈通入电流后弹簧长度改变,使M发生倾斜,入射光束在M上的入射点仍近似处于 $P Q$ 的圆心,通过读取反射光射到 $P Q$ 上的位置,可以测得电流的大小。已知弹簧的劲度系数为 k,磁场磁感应强度大小为 B,线圈 C 的匝数为 $N _ { \circ }$ 沿水平方向的长度为l,细杆D 的长度为d,圆弧 $P Q$ 的半径为 $r \ , \ r \gg d$ ,d远大于弹簧长度改变量的绝对值。

(1)若在线圈中通入的微小电流为I,求平衡后弹簧长度改变量的绝对值Dx及 $P Q$ 上反射光点与O 点间的弧长 s;

(2)某同学用此装置测一微小电流,测量前未调零,将电流通入线圈后, $P Q$ 上反射光点出现在 O 点上方,与O 点间的弧长为 $S _ { 1 }$ 、保持其它条件不变,只将该电流反向接入,则反射光点出现在О 点下方,与O 点间的弧长为 $s _ { 2 }$ 。求待测电流的大小。

参考答案

(1) ${ \frac { N B I l } { k } } , \ { \frac { 2 N B I l r } { d k } } ; \ ( 2 ) \ { \frac { d k \left( s _ { 1 } + s _ { 2 } \right) } { 4 N B l r } }$

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