题目内容

【题目】一种可测速的跑步机的测速原理如图所示。该机底面固定有间距为L、宽度为d的平行金属电极。电极间充满磁感应强度为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场,左侧与电压表和电阻R相连接。绝缘橡胶带上每隔距离d就嵌入一个电阻为r的平行细金属条,跑步过程中,绝缘橡胶带跟随脚步一起运动,金属条和电极之间接触良好且任意时刻仅有一根金属条处于磁场中。现在测出t时间内电压表读数为恒为U,设人与跑步机间无相对滑动,求:

1)判断电阻R的电流方向。

2)该人跑步过程中,是否匀速?给出定性判断理由。

3)求t时间内的平均跑步速度。

4)若跑步过程中,人体消耗的能量有20%用于克服磁场力做功,求t时间内人体消耗的能量。

【答案】(1)电阻R的电流方向向下(2)是匀速度(3)(4)

【解析】

(1)由题意且根据右手定则可知,电阻R的电流方向向下;

(2)(3)金属条做切割磁感线运动产生的电动势大小为,回路中的电流大小为

伏特表的示数为

解得

由于伏特表示数恒定,所以速度也恒定,说明该人跑步过程中,是匀速;平均速度为

(4)金属条中的电流为

金属条受的安培力大小为

时间t内金属条克服安培力做功为

所以t时间内人体消耗的能量

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