如图所示,一根足够长的水平滑杆上套有一质量为的光滑金属圆环,在滑杆的正下方与其平行放置一足够长的光滑水平的绝缘轨道,穿过金属环的圆心.现使质量为的条形磁铁以水平速度沿绝缘轨道向右运动,则( )
A.磁铁穿过金属环后,两者将先后停下来
B.磁铁将不会穿越滑环运动
C.磁铁与圆环的最终速度为
D.整个过程最多能产生热量
CD
【解析】
金属圆环光滑,一足够长的水平的绝缘轨道光滑,所以圆环与磁铁组成的系统水平方向受到的合力为0,满足动量守恒,根据动量守恒定律与能量的转化与守恒定律即可解答.
【详解】
A.金属环是光滑的,足够长的水平的绝缘轨道是光滑的,在磁铁穿过金属环后,二者由于不受摩擦力的作用,两者将不会停下来,A错误;
B.磁铁在靠近金属环的过程中金属环的感应电流方向产生的磁场与原磁场的方向相反,所以磁铁受到阻力的作用,同理,在离开金属环的过程中金属环的感应电流方向产生的磁场与原磁场的方向相同,也是受到阻力的作用,但是由于不知道初速度以及环与磁铁的质量之间的关系,所以不能判断出磁铁是否能够会穿越滑环运动,B错误;
C.选取磁铁与圆环组成的系统为研究的系统,系统在水平方向受到的合力为0,满足动量守恒;选取磁铁M运动的方向为正方向,则最终可能到达共同速度时
得
C正确;
D.磁铁若能穿过金属环,运动的过程中系统的产生的热量等于系统损失的动能,二者的末速度相等时损失的动能最大,为
D正确.
【点睛】
本题为结合楞次定律考查动量守恒定律的应用,要注意选取的研究对象是磁铁与圆环组成的系统,可根据楞次定律的表现来判断物体运动状态的变化.
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:
登录并加入会员可无限制查看知识点解析