(2009•青浦区一模)如图,一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁,产生一个辐射状的磁场(磁场水平向外),其大小为B=K/r,

(2009•青浦区一模)如图,一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁,产生一个辐射状的磁场(磁场水平向外),其大小为B=K/r,r为半径,设一个与磁铁同轴的圆形铝环,半径为R(大于圆柱形磁铁半径),而弯成铝环的铝丝其截面积为S,铝丝电阻率为ρ,密度为ρ0.铝环通过磁场由静止开始下落,下落过程中铝环平面始终保持水平.试求:
(1)铝环下落速度为v时的电功率?
(2)铝环下落的最终速度?
(3)当下落h高度时,速度最大,此过程中圆环消耗的电能?
h55uu 1年前 已收到1个回答 举报

温暖颜色 幼苗

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解题思路:(1)根据电阻定律求出圆环的电阻,根据法拉第电磁感应定律求出切割磁感线产生的电动势,根据电功率的表达式求解.
(2)当圆环加速度为零时,有最大速度,由平衡条件求解.
(3)由能量守恒定律求解.

(1)由题意知圆环所在处的磁感应强度B=[K/R],圆环的有效切割长度为其周长,即L=2πR,
圆环的电阻R0
L
S=ρ
2πR
S,当圆环的速度为v时,切割磁感线产生的电动势E=BLv=2kπv,
圆环中的电流I=[KvS/ρR],圆环速度为v时电功率P=I2R0
联立以上各式解得:P=
2πSk2v2
ρR
(2)当圆环加速度为零时,有最大速度vm,此时安培力F=BIL=
2πSk2 vm
ρR
由平衡条件可知:mg=F,圆环的质量m=ρ0S•2πR
解得:vm=
ρρ0gR2
k2
(3)由能量守恒定律得:
mgh=[1/2]m
v2m+Q
解得:Q=2πρ0RS[gh-[1/2](
ρρ0gR2
k2)2]
答:(1)铝环下落速度为v时的电功率是
2πSk2v2
ρR
(2)铝环下落的最终速度是
ρρ0gR2
k2
(3)当下落h高度时,速度最大,此过程中圆环消耗的电能是2πρ0RS[gh-[1/2](
ρρ0gR2
k2)2].

点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 解决该题关键是把电磁感应与电路知识,能量守恒定律结合起来求解.

1年前

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