2009年试题解析：第23题详细讲解

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）。有一种利用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，圆筒形测量管内壁绝缘，其上装有一对电极a和c，a、c间的距离等于测量管内径D，测量管的轴线与a、c的连线方向以及通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管时，在电极a、c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的流量Q。设磁场均匀恒定，

（3）显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为R。a、c间导电液体的电阻r随液体电阻率的变化而变化，从而会影响显示仪表的示数。试以E、R、r为参量，给出电极a、c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影响。磁感应强度为B。

（1）已知D=0.40m，B=2.5×10-3T，Q=0.12m3/s。试求E的大小（π取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，但实际显示却为负值。经检查，原因是误将测量管装反了，即液体由测量管出水口流入，从入水口流出。因水已加压充满管道，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值的简便方法；

1.从能力立意及核心素养角度分析

本题从考查能力角度看，主要考查理解能力、应用能力和探究能力。根据物理情境，构建适当的简化模型，应用物理规律解决问题，并探究解决问题的方法。从核心素养角度看，本题涉及物理观念、科学思维、科学态度与责任三个方面的核心素养。需要学生有经典物理的物质观、运动观；具有构建理想模型的意识和能力；能正确使用物理思维方法进行科学推理，找出规律，形成结论，并能解释自然现象和解决实际问题；能认识到物理研究是一项富有创造性的工作，理解科学、技术、社会和环境的关系。(www.xing528.com)

2.基于PISA背景的试题分析

（1）从科学情景分析，它来自于现实社会生活中的电磁流量计，这是他们熟悉的情景，只是教师平时所讲、学生所练的电磁流量计的横截面为矩形，而这里所见横截面为圆形，对学生入手解题是一个不小的情景障碍，第（2）、（3）问两个情景学生以实践者参与进来，融入其中，在引导学生学有所用，学会思考。

（2）从科学素养能力维度分析，要解决第（1）问，需要学生回忆并运用带电粒子在电磁场中运动的相关知识，科学分析出在管内空间建立稳定电磁场后，每个运动的离子都遵循(U⁄d)q=Bvq的规律，进而得到U=Bvd，从而对U与d之间的对应关系有深刻理解，对U=Bvd有科学的认识，才能得到E=BvD的结论，从而实现“科学解释现象”和“科学解释数据与证据”，才能完成第（2）、（3）两问。第（3）问进行科学设计和探究，能够更好地评价学生的探究能力和探究意识。

（3） 从科学素养的知识维度进行分析，本题涉及内容性、程序性和认知性知识，第（1）问求E属于程序性知识，学生要有较为扎实的带电粒子在电磁场中运动的基础和科学思维，才能够得到正确的表达式E=BvD。第（2）、（3）问属于认知性知识，学生需要对问题产生原因及与相关参数中哪些因素有关，并对其物理意义有深入理解，才能对如何将仪表示数由负变正进行科学探究；只有搞清楚决定仪表示数U的各个参数及其相关联系，才能探究如何办才能保证使液体电阻率变化对U的影响较小。同时，引发学生新的思考，如果液体浓度变化或其他因素变化，如何才能及时发现？

（4）从科学素养的态度维度进行分析，本题是一个社会生活中真实的情景，是学生对所见模型的再思考，对于影响仪表正负的因素及液体电阻率变化对仪表产生的影响，恰好能够引发学生积极思考，激发学生的科学兴趣和科学责任，能够激发学生如何检测液体流速及其变化的兴趣，有将来投身环保事业的决心和信心。