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电磁感应的本质是不同形式的能量的转化过程。理清能量转化过程,用“能量”的观点研究电磁感应现象,往往比较简便。下面分三个方面举例说明。
1. 恒定的安培力做功问题
例1 如图1所示,电阻为R的矩形导线框abcd,边长ab=L,ad=h,质量为m,从某一高度自由落下,通过一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁场区域的宽度为h。当线框恰好以恒定速度通过磁场时,线框中产生的焦耳热是多少?(不考虑空气阻力)
解法一 以线框为研究对象。线框穿过磁场(设速度为v)的时间 t=2h/v
线框穿过磁场时线框中产生的感应电流
I=BLv/R
由平衡条件可知,线框在穿过磁场时所受的安培力
F=BIL=mg
由焦耳定律,线框中产生的热量
Q=I2Rt
由以上四式解得 Q=2mgh
解法二 根据能量转化与守恒定律,线框以恒定速率通过磁场的过程,重力与线框所受安培力相平衡。因此实质是重力势能转化为内能的过程。所以此过程中线框产生的焦耳热为2mgh。
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