如图所示,金属圆环放置在水平桌面上,一个质量为m的圆柱形永磁体轴线与圆环轴线重合,永磁体下端为N极,将永磁体由静止释放永磁体下落h高度到达P点时速度大小为v,向下的加速度大小为a,圆环的质量为M,重力加速度为g,不计空气阻力,则( )
A.俯视看,圆环中感应电流沿逆时针方向
B.永磁体下落的整个过程先加速后减速,下降到某一高度时速度可能为零
C.永磁体运动到P点时,圆环对桌面的压力大小为Mg+mg-ma
D.永磁体运动到P点时,圆环中产生的焦耳热为mgh+mv2
AC
【分析】
根据楞次定律判断感应电流的方向;可根据假设法判断磁铁下落到某高度时速度不可能为零;根据牛顿第二定律分别为磁铁和圆环列方程求解圆环对地面的压力;根据能量关系求解焦耳热.
【详解】
磁铁下落时,根据楞次定律可得,俯视看,圆环中感应电流沿逆时针方向,选项A正确;永磁体下落的整个过程,开始时速度增加,产生感应电流增加,磁铁受到向上的安培力变大,磁铁的加速度减小,根据楞次定律可知“阻碍”不是“阻止”,即磁铁的速度不可能减到零,否则安培力就是零,物体还会向下运动,选项B错误;永磁体运动到P点时,根据牛顿第二定律:mg-F安=ma;对圆环:Mg+F安=N,则N=Mg+mg-ma,由牛顿第三定律可知圆环对桌面的压力大小为Mg+mg-ma,选项C正确;由能量守恒定律可得,永磁体运动到P点时,圆环中产生的焦耳热为mgh-mv2,选项D错误;故选AC.
【点睛】
此题关键是理解楞次定律,掌握其核心“阻碍”不是“阻止”;并能用牛顿第二定律以及能量守恒关系进行判断.
楞次定律与右手定则的关系:
“三定则一定律”的比较:
(1)电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程,电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用。因此要维持安培力存在,必须有 “外力”克服安培力做功。此过程中,其他形式的能转化为电能。“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。当感应电流通过电器时,电能又转化为其他形式的能。
同理,安培力做功的过程,是电能转化为其他形式的能的过程,安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。
(2)电能求解思路主要有三种:
①利用克服安培力做功求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。
②利用能量守恒求解:其他形式能的减少量等于产生的电能。
③利用电路特征来求解:通过电源提供总能量IE或纯电阻电路中产生的焦耳热Q=I2RT来计算。
(3)基本解题思路
①明确研究对象(哪一部分闭合回路或哪一部分导体)和研究过程。
②对研究对象(运动的导体)受力分析,明确各个力的做功情况。
③分析研究对象的运动过程,明确各种能量的转化情况。
④选择恰当的规律列式求解。
(4)几种常用的功能关系
①导体所受的重力做功导致重力势能的变化:
②导体所受的合外力做功导致其动能的变化:
③导体所受的重力以外的力做功导致其机械能变化:
④滑动摩擦力做功导致系统内能增加: (指相对位移的大小)。
⑤安培力做功导致电能变化:克服安培力做的功等于电路中增加的电能,即。
说明此结论在电路中只有动生电动势时才成立,涉及感生电动势时此结论就不成立了。
广义的楞次定律:
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