关于闭合矩形线圈在磁场中运动问题

关于闭合矩形线圈在磁场中运动问题
要使线圈匀速进入磁场,需要多大外力?此时有多少磁场能转化为热能?磁场能的变化与哪个物理量有关?磁场这儿特别不明白,尤其是闭合线圈类问题

虽说是磁场的问题,但实际涉及到了力、运动与能量等各方面,分别来说：
1.要使线圈匀速进入磁场,需要多大外力?匀速运动与外力的关系,有没有发现它与受力分析的题目的性质是一样的?所以应该把这类问题看作是以力和运动为主体的问题.先不看磁场的事,线圈要想匀速运动,条件是什么?——合外力为零.问的是外力F,因此还要知道线圈受到的其它力,这时再来考虑磁场的问题,思路就比较清晰了.之所以要用外力F才能使线圈运动,原因是线圈受到一个阻碍它运动的力,是安培力F=BIL,在B与L一定时（通常是这样）,电流I决定了安培力的大小,于是再考虑电路中的电流；线圈中之所以有电流,一定是存在电动势E,由闭合电路欧姆定律E=I(R+r)形成,在总电阻一定时（通常也是这样）,电动势E决定了电流I的大小,于是再考虑电动势E；之所以有电动势,是因为有导体切割磁感线（也可以说线圈的磁通量发生变化）而产生了电磁感应现象,满足E=BLv（或者用磁通量φ的变化率表示：E=n(Δφ/Δt)）,在B和L不变时,速度v决定了电动势E的大小.至此,问题分析清楚了,将上面分析的过程反过来就是解题的过程,由v求出E,由E求出I,由I求出F安,最后外力与安培力平衡求出外力F.
2.此时有多少磁场能转化为热能?首先,将磁场能的说法问题放在下面说,这里只看热能怎么思考；其次,问热能前提是在某一个过程中,单独的一个时间点不存在热能的问题,因此你要确定问的是从何时到何时线圈的放热；最后,才是考虑热能的产生原因,这里就是电阻的发热,也就是焦耳定律Q=I^2Rt,所以,你需要知道电流、电阻和时间三个物理量.但是一定要注意,焦耳定律揭示了电流发热的本质总是对的,但是不代表你总能用它计算,如果过程中电流在变化,电流I就无从取值.所以焦耳定律只适合恒定电流的情况,比如本题（从前面的分析中,你自己能解释为什么匀速时线圈中电流大小不变）；但是经常有非恒定电流的情况,那时就不能只把目光局限在电路本身,而是要从整体的能量转化的方面去考虑,意思就是你没办法从发热本身来计算,你要知道系统整体能量的转化方式,根据能量守恒,算出其他所有形式能量减少了多少,就是用来发热了.
这是个比较大的问题,想用一种方法穷尽所有可能问题是不太现实的,所以建议你首先认识到两点：第一、涉及到放热一个是一个过程而不是某一个时间点,所以先确定究竟是从何时到何时的放热；第二、确定这个过程中电流是恒定的还是变化的,恒定可以用焦耳定律,变化则必须从能量守恒的角度来考虑.这两点是分析题目的思路,确定解题思路之后,然后才是具体方法问题.这里具体方法没有说,如果你有这方面的问题,希望你能拿出一个具体问题,咱们再讨论.
3.“磁场能”这个说法实际上不够准确,无论是我们学过的机械能或者电势能,都是针对物体而言的,说一个场的能量就让人很难理解,因为场本身就很抽象.这个提法在大学才会真正涉及,如果你感兴趣,大学在去研究,现阶段我建议这样来处理：首先,由于磁场能的说法不准确,容易引起误解,因此高考原题不会出现（你可以留意一下高考原题的说法）,所以你不必太担心自己不理解；其次,如果某考试题出现这种说法,一般都是磁场能的转化问题,你别从磁场能跟哪些物理量有关的方向考虑,你看另一种能量的变化.比如上一个问题,你别想磁场能减少了多少,你看发热发了多少；如果问多少机械能转化为了磁场能,你就看机械能少了多少,反正转化的就是这么多能量嘛!这是一个非常有效地思考问题的思路,可以解决绝大多数问题.
最后,给你关于磁场方面的一些建议.你说磁场这不太明白,原因我想是涉及磁场的一般都是综合问题.比如前面就涉及到力与运动,还有能量等问题.看似磁场贯穿了问题始终,但是经过分析发现只有某些步骤才与磁场真正相关,如果总是考虑如何从磁场方面下手,或者解题过程中总是想着磁场的相关公式,就会有一片模糊的感觉.因此,建议你再做磁场类问题时,把大部分精力用在分析除磁场外用到什么知识,以及他们之间的联系,而非磁场本身.刚开始你独立分析可能会遇到一些困难,你可以请教老师或者班上学习更好的同学,或者也可以来问我.如果能坚持分析问题结构,理解问题本质,思考解决办法,你一定能学好物理的!距高考还有一段时间,足够你学的明白.考出好成绩!