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(1)让一块磁铁在一根很长的竖直铜管内顺着铜管落下 不计空气阻力 试述磁铁的运动情况. (
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(1)让一块磁铁在一根很长的竖直铜管内顺着铜管落下,不计空气阻力,试述磁铁的运动情况.
(2)一铜片放在磁场中,如果要将铜片从磁场中拉出或推进,就会自动地出现一个阻力作用,试解释这个阻力的来源.
参考答案
铜管可看成由无数平行的铜圈迭合构成的,当磁铁下落穿过时,在铜管中产生感应电流,该电流产生的磁场对磁铁有阻力作用.当磁铁下落速度υ逐渐增大时.铜管中的感应电流也逐渐增大,而感应电流产生的磁场按照毕奥一萨伐尔定律也随之增大,而感应电流产生的磁场与磁铁的磁场极性相反,对磁铁起阻碍作用,因此磁铁所受合力为F合=F重力-F磁,在此合力作用下,加速向下运动,但加速度小于重力加速度.若铜管足够长,使磁铁受的阻力F磁逐渐增大,磁铁受到的合力逐渐减小,加速度也越来越小.当阻力等于重力时,磁铁所受合力F合为零.于是磁铁就以恒定的速度下落,做匀速直线运动.$当块状金属导体处于变化的磁场中或相对于磁场运动时,导体中就会形成一圈圈的闭合电流线,称为涡电流.当铜片从磁场中拉出或推入时,磁场对涡电流将会产生作用力.而这个作用力起一个阻力作用.
如图,当铜片从磁场中拉出(向右)时,铜片中形成的涡电流方向为顺时针方向,在磁场中的那部分涡流受到一个向左的拉力F,此力阻碍着铜片运动.同理,将铜片推入时,铜片中形成的涡电流方向为逆时针方向,在磁场中的那部分涡流受到一个向右的拉力F',此力也同样阻碍铜片运动.因此,当铜片从磁场中拉出或推入时,就会自动地出现一个阻力作用.