磁場中的能量轉化問題_第1頁
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1、(2004年全國理綜卷)圖中a1b1c1d1和a2b2c2d2為在同一豎直平面內的金屬導軌,處在磁感應強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直于導軌所在平面(紙面)向里。導軌的a1b1段與a2b2段是豎直的,距離為l1;c1d1段與c2d2段也是豎直的,距離為l2。x1 y1與x2 y2為兩根用不可伸長的絕緣輕線相連的金屬細桿,質量分別為和m1和m2,它們都垂直于導軌并與導軌保持光滑接觸。兩桿與導軌構成的回路的總電阻為R。F為作用于金屬桿x1y1上的豎直向上的恒力。已知兩桿運動到圖示位置時,已勻速向上運動,求此時作用于兩桿的重力的功率的大小和回路電阻上的熱功率。解:設桿向上的速度為v,因桿的運動,兩

2、桿與導軌構成的回路的面積減少,從而磁通量也減少。由法拉第電磁感應定律,回路中的感應電動勢的大小 回路中的電流 電流沿順時針方向。兩金屬桿都要受到安培力作用,作用于桿x1y1的安培力為 方向向上,作用于桿x2y2的安培力為 方向向下,當桿作勻速運動時,根據牛頓第二定律有 解以上各式得 作用于兩桿的重力的功率的大小 電阻上的熱功率 由式,可得 磁場中的功和能是通過安培力做功來量度的。通電導線在磁場中受到安培力的作用,此時安培力做正功,能的轉化是由電能轉化為機械能。電磁感應現象中,感應電流在磁場中受到的安培力作了多少功就有多少電能產生,而這些電能又通過電流做功轉變成其他能,如電阻上產生的內能。從能量

3、的角度看,楞次定律就是能量轉化和守恒定律在電磁感應現象中的具體表現。電磁感應過程往往涉及多種能量形勢的轉化,因此從功和能的觀點入手,分析清楚能量轉化的關系,往往是解決電磁感應問題的重要途徑;在運用功能關系解決問題時,應注意能量轉化的來龍去脈,順著受力分析、做功分析、能量分析的思路嚴格進行,并注意功和能的對應關系。【例題】如圖所示,水平的平行虛線間距為d=50cm,其間有B=1.0T的勻強磁場。一個正方形線圈邊長為l=10cm,線圈質量m=100g,電阻為R=0.020。開始時,線圈的下邊緣到磁場上邊緣的距離為h=80cm。將線圈由靜止釋放,其下邊緣剛進入磁場和剛穿出磁場時的速度相等。取g=10m/s2,求:線圈進入磁場過程中產生的電熱Q。線圈下邊緣穿越磁場過程中的最小速度v。線圈下邊緣穿越磁場過程中加速度的最小值a。解題方法與技巧:由于線圈完全處于磁場中時不產生電熱,所以線圈進入磁場過程中產生的電熱Q就是線圈從圖中2位置到4位置產生的電熱,而2、4位置動能相同,由能量守恒Q=mgd=0.50J3位置時線圈速度一定最小,而3到4線圈是自由落體運動因此有v02-v2=2g(d-l),得v=

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