题目
一无限长直导体薄板宽为l,板面与z轴垂直,板的长度方向沿y轴,板的两侧与一个电压表相接,如图所示,整个系统放在磁感应强度为B的均匀磁场中,B的方向沿z轴正方向.如果电压表与导体平板均以速度v向y轴正方向移动,则电压表指示的电压值为( ) ↑BA.0B. 12 vBlC.vBlD.2vBl
一无限长直导体薄板宽为l,板面与z轴垂直,板的长度方向沿y轴,板的两侧与一个电压表相接,如图所示,整个系统放在磁感应强度为B的均匀磁场中,B的方向沿z轴正方向.如果电压表与导体平板均以速度v向y轴正方向移动,则电压表指示的电压值为( )

- A.0
- B. 12 vBl
- C.vBl
- D.2vBl
题目解答
答案
A. 0
解析
考查要点:本题主要考查电磁感应中的动生电动势以及参考系对电动势的影响。关键在于理解导体板与电压表共同运动时,导体内部的电荷分布和电场平衡状态。
解题核心思路:
- 分析导体板中自由电荷受洛伦兹力的作用方向,判断电荷是否发生偏移。
- 考虑参考系一致性:当导体板和电压表以相同速度运动时,导体内部的电场与洛伦兹力达到平衡,不再产生净电动势。
- 明确电压表的作用:仅测量导体板两端的静电力电压,而非动态过程中的电动势。
破题关键点:
- 相对静止:系统整体匀速运动时,导体内部电荷重新分布后处于平衡状态,无净电流。
- 洛伦兹力与电场力平衡:导体板内的电场使自由电荷受力平衡,导致两端无电压差。
电荷受力分析
导体板以速度$\vec{v}$沿$y$轴正方向运动,磁场$\vec{B}$沿$z$轴正方向。导体内的自由电子(负电荷)受到洛伦兹力:
$\vec{f} = q(\vec{v} \times \vec{B})$
计算矢量积$\vec{v} \times \vec{B}$:
- $\vec{v}$沿$y$轴,$\vec{B}$沿$z$轴,$\vec{v} \times \vec{B}$方向为$x$轴正方向(右手法则)。
- 洛伦兹力使电子向$x$轴正方向移动,正电荷在$x$轴负方向堆积,形成沿$x$轴的电场$\vec{E}$。
电场与洛伦兹力平衡
当电场强度$\vec{E}$满足:
$q\vec{E} = q(\vec{v} \times \vec{B})$
即:
$\vec{E} = \vec{v} \times \vec{B}$
此时,导体内部的电场力与洛伦兹力平衡,自由电荷停止移动,导体两端无净电压差。
系统整体运动的影响
由于导体板和电压表以相同速度$v$运动,二者处于同一惯性参考系中。导体板内部的电荷分布已达到平衡状态,不存在相对运动产生的电动势,因此电压表无法测出电压差。