Question

如圖所示，線圈工件加工車間的傳送帶不停地水平傳送長為L，質量為m，電阻為R的正方形線圈，在傳送帶的左端線圈無初速地放在以恒定速度v勻速運動的傳送帶上，經過一段時間，達到與傳送帶相同的速度v后，線圈與傳送帶始終相對靜止，并通過一磁感應強度為B、方向豎直向上的勻強磁場，已知當一個線圈剛好開始勻速度運動時，下一個線圈恰好放在傳送帶上，線圈勻速運動時，每兩個線圈間保持距離L不變，勻強磁場的寬度為3L，求：
（1）每個線圈通過磁場區域產生的熱量Q．
（2）在某個線圈加速的過程中，該線圈通過的距離S₁和在這段時間里傳送帶通過的距離S₂之比．
（3）傳送帶每傳送一個線圈，電動機所消耗的電能E（不考慮電動機自身的能耗）
（4）傳送帶傳送線圈的總功率P．

Answer 1

【答案】分析：（1）由題，線圈勻速通過磁場，由Q=2Pt、P=、E=BLv、t=求解每個線圈通過磁場區域產生的熱量Q．
（2）線圈做勻加速運動，傳送帶做勻速運動，由運動學位移公式求解離S₁和S₂之比．
（3）電動機多消耗的電能E轉化為線圈的動能、摩擦產生的內能和焦耳熱，根據能量守恒定律求解．
（4）先求出一個線圈加速度（即一個線圈進磁場和前一線圈出磁場的時間和）所用的時間，再根據P=即可求解．
解答：解：（1）線圈勻速通過磁場，產生的感應電動勢為E=BLv，則每個線圈通過磁場區域產生的熱量為
  
（2）對于線圈：做勻加速運動，則有S₁=vt   
對于傳送帶做勻速直線運動，則有 S₂=vt    
所以S₁：S₂=1：2
（3）又因為S₁：（S₂-S₁）=1：1  
線圈獲得動能E_K=mv²=fS₁
傳送帶上的熱量損失Q′=f（S₂-S₁）=mv²
所以電動機所消耗的電能為：E=E_K+Q+Q′=mv²+
（4）一個線圈加速度（即一個線圈進磁場和前一線圈出磁場的時間和）所用的時間為：t=
 所以P=
答：（1）每個線圈通過磁場區域產生的熱量Q為．
（2）在某個線圈加速的過程中，該線圈通過的距離S₁和在這段時間里傳送帶通過的距離S₂之比為1：2．
（3）傳送帶每傳送一個線圈，電動機所消耗的電能E為mv²+；
（4）傳送帶傳送線圈的總功率P為．
點評：本題的解題關鍵是從能量的角度研究電磁感應現象，掌握焦耳定律、E=BLv、歐姆定律和能量如何轉化是關鍵．