有人设计了监测传送带速度的装置，测速原理如图所示，该装置底面固定有间距为L、长度为d的平行金属电极，电极间存在着磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和阻值为R的电阻。绝缘橡胶带上嵌有间距为d的平行细金属条，每根金属条的电阻均为0.5R，磁场中始终有且仅有一根金属条（与电极接触良好），不计金属电极和其余导线的电阻，电压表可视为理想电表。若橡胶带匀速运动，电压表的读数为U，求：

1. 有人设计了监测传送带速度的装置，测速原理如图所示，该装置底面固定有间距为L、长度为d的平行金属电极，电极间存在着磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和阻值为R的电阻。绝缘橡胶带上嵌有间距为d的平行细金属条，每根金属条的电阻均为0.5R，磁场中始终有且仅有一根金属条（与电极接触良好），不计金属电极和其余导线的电阻，电压表可视为理想电表。若橡胶带匀速运动，电压表的读数为U，求：

(1) 一根金属条经过磁场区域时受到的安培力大小；

(2) 若将刻度均匀的电压表改装为传送带速度表，速度表刻度是否均匀？说明理由。

(3) 若从某根金属条刚进入磁场区域开始计时，一段时间内电阻R上产生的热量 $\text{[math]}$ ，则该段时间内有多少根金属条通过磁场区域？

【考点】

导体切割磁感线时的感应电动势; 电磁感应中的能量类问题;

【答案】

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解答题普通

1. 如图所示，两个金属轮A₁、A₂ ，可绕各自中心固定的光滑金属细轴O₁和O₂转动。A₁金属轮中3根金属辐条和金属环组成，辐条长均为4L、电阻均为2R。A₂金属轮由1根金属辐条和金属环组成，辐条长为2L、电阻为R。半径为L的绝缘圆盘B与A₁同轴且固定在一起。用轻绳一端固定在B边缘上，在B上绕足够匝数后（忽略B的半径变化），悬挂一质量为m的重物P。当P下落时，通过细绳带动B和A₁绕O₁轴转动。转动过程中，A₁、A₂保持接触，无相对滑动。辐条与各自细轴之间导电良好，两细轴通过导线与一阻值为R₀的电阻相连。除R₀和A₁、A₂两轮中辐条的电阻外，所有金属的电阻都不计。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直金属轮平面向里。现将P释放，试求：

(1) 当P速度为v₁时，A₁轮每条辐条产生感应电动势大小；

(2) 当P速度为v₁时，通过电阻R₀的电流大小和方向；

(3) 最终P匀速下滑时的速度大小。

解答题普通

2. 如图，在竖直平面内固定有足够长的平行金属导轨PQ、EF，导轨间距L=20cm，在QF之间连接有阻值R=0.3Ω的电阻，其余电阻不计。轻质细线绕过导轨上方的定滑轮组，一端系有质量为 $\text{[math]}$ =0.3kg的重物A，另一端系有质量为m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆ab、开始时金属杆置于导轨下方，整个装置处于磁感应强度B=2T、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中。现将重物A由静止释放，下降h=4m后恰好能匀速运动。运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好，忽略所有摩擦，g取10m/s，求：

（1）电阻R中的感应电流方向；

（2）重物A匀速下降的速度大小v；

（3）重物A下降h的过程中，电阻R中产生的焦耳热Q_R。

解答题普通

3. 两根间距L=1m、足够长光滑平行导轨与水平面夹角为θ=30°，导轨两端分别连接一个阻值R=0.02Ω的电阻和C=1F的电容器，整个装置处于磁感应强度大小B=0.2T、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，在导轨上垂直于导轨放置一质量m=0.8kg、电阻r=0.08Ω的导体棒ab，并使其固定于图示位置。闭合开关S，对导体棒施加一个大小为5.6N、沿导轨平面向上的力F，同时解除固定，使导体棒由静止开始向上运动。重力加速度g取10m/s²。

(1) 求导体棒ab运动的最大速度及速度最大时电容器所带的电荷量；

(2) 若开关S断开，仍对导体棒施加力F，同时解除固定，使导体棒由静止开始向上运动，经t=2.5s达到最大速度，求在该过程中力F做的功。

解答题普通