Question

8．某校科技小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)傳送帶測(cè)速儀，測(cè)速原理如圖所示．在傳送帶一端的下方固定有間距為L(zhǎng)、長(zhǎng)度為d的平行金屬電極．電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直傳送帶平面（紙面）向里、有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且電極之間接有理想電壓表和電阻R，傳送帶背面固定有若干根間距為d的平行細(xì)金屬條，其電阻均為r，傳送帶運(yùn)行過(guò)程中始終僅有一根金屬條處于磁場(chǎng)中，且金屬條與電極接觸良好．當(dāng)傳送帶以一定的速度v勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，
（1）電壓表的示數(shù)；
（2）電阻R產(chǎn)生焦耳熱的功率；
（3）每根金屬條經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的全過(guò)程中克服安培力做功．

Answer 1

分析 （1）磁場(chǎng)中始終有一根金屬條切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，電壓表測(cè)量路端電壓．由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=BLv和歐姆定律等等知識(shí)求解．
（2）根據(jù)電功率表達(dá)式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，即可求解．
（3）依據(jù)閉合電路歐姆定律$I=\frac{E}{R+r}$，結(jié)合安培力表達(dá)式F=BIL，及力做功表達(dá)式W=Fd，即可求解．

解答 解：（1）金屬條做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大�。篍=BLv
回路中的電流大小為：I=$\frac{E}{R+r}$
伏特表的示數(shù)為 U=IR
解得：U=$\frac{BLvR}{R+r}$
（2）根據(jù)電功率表達(dá)式：P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，
則電阻R產(chǎn)生焦耳熱的功率P=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}^{2}R}{（R+r）^{2}}$；
（3）金屬條中的電流：I=$\frac{BLv}{R+r}$
金屬條受的安培力大小：F=BIL=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$，
每根金屬條經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的全過(guò)程中克服安培力做功W=Fd=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}vd}{R+r}$
答：（1）電壓表的示數(shù)$\frac{BLvR}{R+r}$；
（2）電阻R產(chǎn)生焦耳熱的功率$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}^{2}R}{（R+r）^{2}}$；
（3）每根金屬條經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的全過(guò)程中克服安培力做功$\frac{{B}^{2}{L}^{2}vd}{R+r}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是理論聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題，關(guān)鍵是建立物理模型，綜合運(yùn)用電磁感應(yīng)知識(shí)、電路知識(shí)、力學(xué)知識(shí)解題，考查分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．