如图所示的滑轮,它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴O转动,轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一质量为3m的重物,另一端系一

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  • 解题思路:(1)重物匀速下降时,金属杆匀速上升,受力平衡.推导出安培力,由平衡条件列式求出速度v.(2)重物从释放到下降h的过程中,重物的重力势能减小转化为杆的重力势能和动能、重物的动能及整个回路的内能,根据能量守恒求出整个回路产生的焦耳热,根据串联电路电流关系求出电阻R中产生的焦耳热;(3)当回路中总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流,此时棒将导轨做匀加速运动.根据磁通量不变,列式求B与t的关系式.

    (1)重物匀速下降时,金属杆匀速上升,受力平衡.

    此时回路中产生的感应电动势为 E=B0Lv,

    则棒所受的安培力 F=B0IL=B0L

    B0Lv

    R+r=

    B20L2v

    R+r

    对整体有:3mg=mg+F

    联立解得:v=

    2mg(R+r)

    B20L2

    (2)重物从释放到下降h的过程中,由能量守恒得

    3mgh=mgh+[1/2](m+3m)v2+Q

    电阻R中产生的焦耳热QR=[R/R+r]Q

    由以上式子解得,QR=[R/R+r][2mgh-

    8m3g2(R+r)2

    B40L4]

    (3)当回路中总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流,此时金属棒将导轨做匀加速运动.则有

    3mg-mg=(3m+m)a

    B0Lh=BL(h+vt+[1/2]at2

    解得:B=

    4

    B30L2h

    4

    B20L2h+8mg(R+r)t+

    B20L2gt2

    答:(1)重物匀速下降的速度v为

    2mg(R+r)

    B20L2;(2)重物从释放到下降h的过程中,电阻R中产生的焦耳热QR为[R/R+r][2mgh-

    8m3g2(R+r)2

    B40L4].(3)磁感应强度B随时间t变化的关系式为B=

    4

    B30L2h

    4

    B20L2h+8mg(R+r)t+

    B20L2gt2.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;功能关系;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 本题分别从力和能量两个角度研究电磁感应现象,关键是计算安培力和分析能量如何变化,以及把握没有感应电流产生的条件.

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