题目内容

如图所示,线圈工件加工车间的传送带不停地水平传送长为L,质量为m,电阻为R的正方形线圈.在传送带的左端,线圈无初速地放在以恒定速度v匀速运动的传送带上,经过一段时间,达到与传送带相同的速度v后,线圈与传送带始终保持相对静止,并通过一磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场.已知线圈匀速运动时,每两个线圈间保持距离L不变,匀强磁场的宽度为2L.求:
(1)每个线圈通过磁场区域产生的热量Q
(2)在某个线圈加速的过程中该线圈通过的距离s1和在这段时间里传送带通过的距离s2之比
(3)传送带每传送一个线圈其电动机所消耗的电能E(不考虑电动机自身的能耗)
(4)传送带传送线圈的总平均功率P.
分析:(1)由题,线圈匀速通过磁场,由Q=2Pt、P=
E2
R
、E=BLv、t=
L
v
求解每个线圈通过磁场区域产生的热量Q.
(2)线圈做匀加速运动,传送带做匀速运动,由运动学位移公式求解离S1和S2之比.
(3)电动机多消耗的电能E转化为线圈的动能、摩擦产生的内能和焦耳热,根据能量守恒定律求解.
(4)先求出一个线圈加速度(即一个线圈进磁场和前一线圈出磁场的时间和)所用的时间,再根据P=
E
t
即可求解.
解答:解:(1)线圈匀速通过磁场得:Q=Pt=
(BLv)2
R
?
2L
v
=
2B2L3v
R

(2)由运动学位移公式得:S1=
vt
2
,S2=vt,则 S1:S2=1:2
(3)因为S1:S2=1:2,所以S1:(S2-S1)=1:1
线圈获得动能由动能定理:
fS1=
1
2
mv2
-0
则摩擦生热:Q′=f(S2-S1)=
1
2
mv2

E=Q+Q′+
1
2
mv2
=mv2+
2B2L3v
R

(4)一个线圈穿过磁场的时间为t,t=
2L
v

则:P′=
E
t
=
B2L2v2
R
+
mv3
2L

答:(1)每个线圈通过磁场区域产生的热量Q为
2B2L3v
R
.
(2)在某个线圈加速的过程中该线圈通过的距离s1和在这段时间里传送带通过的距离s2之比为1:2.
(3)传送带每传送一个线圈其电动机所消耗的电能E为mv2+
2B2L3v
R
.
(4)传送带传送线圈的总平均功率P为
B2L2v2
R
+
mv3
2L
.
点评:本题的解题关键是从能量的角度研究电磁感应现象,掌握焦耳定律、E=BLv、欧姆定律和能量如何转化是关键.
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