解题思路:(1)金属框下落过程中,穿过线框的磁通量增大,根据楞次定律判断感应电流方向.
(2)线框在磁场中,做加速度逐渐减小的变加速运动,直至最后加速度为零,即做匀速运动.线框下落时,上、下两边都切割磁感线产生感应电动势,由E=BLv求出回路中总的感应电动势,由欧姆定律求出感应电流的大小,得到安培力的大小,由牛顿第二定律求出匀速运动时的速度.
(3)由图象可得线框下落H高度时做匀速运动,线框的重力势能减小转化为线框的动能和内能,根据能量守恒定律求出金属框下落H高度过程中产生的热量Q.
(1)向下磁通量是逐渐增加的,由楞次定律可知,方框中感应电流方向为逆时针.
(2)线框在磁场中,做加速度逐渐减小的变加速运动,直至最后加速度为零,即做匀速运动.
设线框运动t时间后下落h高度,竖直方向速度为vy,切割磁感线产生的电动势为:
E=B下Lvy-B上Lvy
I=[E/R]
mg-(B下LI-B上LI)=ma
又B下-B上=(B0+ky下)-(B0+ky上)=k(y下-y上)=kL
联立解得:a=g-
k2L4vy
mR
则知竖直方向先做加速度减小的变加速运动,最终匀速运动,当a=0时,速度最大,最大速度为vm=[mRg
k2L4
(3)由图象可得线框下落H高度时做匀速运动,由能量守恒定律得:
Q=mgH-
1/2]mvm2=mgH-
m3R2g2
2k4L8
答:(1)方框中感应电流的方向为逆时针方向;
(2)竖直方向先做加速度减小的变加速运动,最终匀速运动,最终的速度为
mRg
k2L4;
(3)方框从初位置下落H高度时产生的热量Q是mgH-
m3R2g2
2k4L8.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;能量守恒定律;楞次定律.
考点点评: 本题的解题关键是推导出安培力与y的关系,分析线框的运动状态,考查综合分析电磁感应与力学综合题的能力.