Question

如圖所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖．一邊長(zhǎng)為、截面為正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面積為A的小噴口，噴口離地的高度為h．管道中有一絕緣活塞，在活塞的中部和上部分別嵌有兩根金屬棒 a、 b，其中棒 b的兩端與一電壓表相連，整個(gè)裝置放在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)棒 a中通有垂直紙面向里的恒定電流 I時(shí)，活塞向右勻速推動(dòng)液體從噴口水平射出，液體落地點(diǎn)離噴口的水平距離為 s．若液體的密度為 ，不計(jì)所有阻力，

求:（1）活塞移動(dòng)的速度

（2）該裝置的功率

（3）磁感強(qiáng)度B的大小

（4）若在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)變小，試分析其可能的原因．

 

Answer 1

【答案】

(1)    (2)

(3)

【解析】（1）設(shè)液體從噴口水平射出的速度為v₀，活塞移動(dòng)的速度為v

v₀= v₀A=vL²

v=（）v₀=

（2）設(shè)裝置功率為P，Δt時(shí)間內(nèi)有Δm質(zhì)量的液體從噴口射出

PΔt=Δm（－v²）

∵Δm=L²vΔtρ

∴P=L²vρ（－v²）=（1－）

∴P=

（3）∵P=F_安v 

∴L²ρv（－）=BILv

∴B=

（4）∵U=BLv

∴噴口液體的流量減少，活塞移動(dòng)速度減小，或磁場(chǎng)變小等會(huì)引起電壓表讀數(shù)變小

思路分析：（1）水做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可以求得水的速度，由流量相同可以求得活塞移動(dòng)的速度；

（2）由能量的守恒可知，整個(gè)裝置做的功都轉(zhuǎn)化成了水的動(dòng)能，求得水獲得的功率即為整個(gè)裝置的功率；

（3）裝置的功率即為安培力的功率，由功率的公式即可求得安培力的大小；

（4）根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式U=BLv分析可以知道電壓變小的原因．

試題點(diǎn)評(píng)：本題涉及的內(nèi)容較多，并且難度較大，在第一問(wèn)中要根據(jù)液體的流量相同來(lái)求解，這是平時(shí)不常遇到的，學(xué)生不容易想到的