磁懸浮列車(chē)是一種高速運(yùn)載工具,它是經(jīng)典電磁學(xué)與現(xiàn)代超導(dǎo)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物.磁懸浮列車(chē)具有兩個(gè)重要系統(tǒng).一是懸浮系統(tǒng),利用磁力(可由超導(dǎo)電磁鐵提供)使車(chē)體在導(dǎo)軌上懸浮起來(lái)與軌道脫離接觸.另一是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),就是在沿軌道安裝的繞組(線圈)中,通上勵(lì)磁電流,產(chǎn)生隨空間作周期性變化、運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng),磁場(chǎng)與固定在車(chē)體下部的感應(yīng)金屬框相互作用,使車(chē)體獲得牽引力.為了有助于了解磁懸浮列車(chē)的牽引力的來(lái)由,我們給出如下的簡(jiǎn)化模型,圖(甲)是實(shí)驗(yàn)車(chē)與軌道示意圖,圖(乙)是固定在車(chē)底部金屬框與軌道上運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的示意圖.水平地面上有兩根很長(zhǎng)的平行直導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間有豎直(垂直紙面)方向等距離間隔的勻強(qiáng)磁場(chǎng)Bl和B2,二者方向相反.車(chē)底部金屬框的寬度與磁場(chǎng)間隔相等,當(dāng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)Bl和B2同時(shí)以恒定速度v0沿導(dǎo)軌方向向右運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬框也會(huì)受到向右的磁場(chǎng)力,帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)車(chē)沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng).設(shè)金屬框垂直導(dǎo)軌的邊長(zhǎng)L=0.20m、總電阻R=l.6Ω,實(shí)驗(yàn)車(chē)與線框的總質(zhì)量m=2.0kg,磁場(chǎng)Bl=B2=B=1.0T,磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度v0=10m/s.回答下列問(wèn)題:
(1)設(shè)t=0時(shí)刻,實(shí)驗(yàn)車(chē)的速度為零,求金屬框受到的磁場(chǎng)力的大小和方向;
(2)已知磁懸浮狀態(tài)下,實(shí)驗(yàn)車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到恒定的阻力 f1=0.20N,求實(shí)驗(yàn)車(chē)的最大速率vm;
(3)實(shí)驗(yàn)車(chē)A與另一輛磁懸浮正常、質(zhì)量相等但沒(méi)有驅(qū)動(dòng)裝置的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(chē)P掛接,設(shè)A與P掛接后共同運(yùn)動(dòng)所受阻力f2=0.50N.A與P掛接并經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后的某時(shí)刻,撤去驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)磁場(chǎng),設(shè)A和P所受阻力保持不變,求撤去磁場(chǎng)后A和P還能滑行多遠(yuǎn)?

精英家教網(wǎng)
(1)t=0時(shí)刻,線框相對(duì)磁場(chǎng)的速度為v0=10m/s,金屬框A中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,設(shè)瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)大小為E0
E0=2
△Φ
△t
=
2BLv0△t
△t
=2BLv0=4.0V

設(shè)線框中的電流大小為I0,根據(jù)閉合電路歐姆定律
I0=
E0
R
=2.5A

設(shè)金屬框A受到的磁場(chǎng)力的大小為F0,根據(jù)安培力公式
F0=2 BI0L=1.0N
方向向右
(2)金屬框A達(dá)到最大速度vm時(shí)相對(duì)磁場(chǎng)的速度為(v0-vm),設(shè)此時(shí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1,則   E1=2 BL(v0-vm) …①
設(shè)此時(shí)金屬框中的電流為I1,根據(jù)歐姆定律
I1=
E1
R
    ②
實(shí)驗(yàn)車(chē)達(dá)到最大速度時(shí)受力平衡,f1=2 BI1L   ③
①②③整理得:f1=
4B2L2(v0-vm)
R

代入數(shù)據(jù)解得:vm=8.0 m/s
(3)設(shè)A與P掛接后再次達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度為v2,同理可得
f2=
4B2L2(v0-v2)
R

代入數(shù)據(jù)解得  v2=5.0 m/s
設(shè)撤去磁場(chǎng)后A和P還能滑行的距離為s,根據(jù)動(dòng)能定理
-f2s=0-
1
2
×2mv22

解得  s=100 m
答:(1)金屬框受到的磁場(chǎng)力的大小為為1.0N,方向向右;
(2)實(shí)驗(yàn)車(chē)的最大速率vm為8.0m/s
(3)撤去磁場(chǎng)后A和P還能滑行100m.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

磁懸浮列車(chē)是一種高速交通工具,它具有兩個(gè)重要系統(tǒng):一個(gè)是懸浮系統(tǒng),另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng).驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型如下:左圖是實(shí)驗(yàn)車(chē)與軌道示意圖,右圖是固定在實(shí)驗(yàn)車(chē)底部的金屬框與軌道間的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的示意圖.水平地面上有兩根很長(zhǎng)的平行直導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間有垂直于水平面的等間距的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(每個(gè)磁場(chǎng)的寬度與金屬框的寬度相同),磁感應(yīng)強(qiáng)度B1、B2大小相同,相鄰磁場(chǎng)的方向相反,所有磁場(chǎng)同時(shí)以恒定速度v0沿導(dǎo)軌方向向右運(yùn)動(dòng),這時(shí)實(shí)驗(yàn)車(chē)底部的金屬框?qū)?huì)受到向右的磁場(chǎng)力,帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)車(chē)沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng).

設(shè)金屬框總電阻R=1.6Ω,垂直于導(dǎo)軌的邊長(zhǎng)L=0.20m,實(shí)驗(yàn)車(chē)與金屬框的總質(zhì)量m=2.0kg,磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=B2=B=1.0T,磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度v0=10m/s.回答下列問(wèn)題:
(1)t=0時(shí)刻,實(shí)驗(yàn)車(chē)的速度為零,求此時(shí)金屬框受到的磁場(chǎng)力的大小和方向;
(2)已知磁懸浮狀態(tài)下,實(shí)驗(yàn)車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力恒為f1=0.20N,求實(shí)驗(yàn)車(chē)的最大速率vm;
(3)若將該實(shí)驗(yàn)車(chē)A與另外一輛質(zhì)量相等但沒(méi)有驅(qū)動(dòng)裝置的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(chē)P掛接,設(shè)A與P掛接后共同運(yùn)動(dòng)所受阻力恒為f2=0.50N.A與P掛接并經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后已達(dá)到了最大速度,這時(shí)撤去驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng),保留磁懸浮狀態(tài),A與P所受阻力f2保持不變,那么撤去驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)后A和P還能滑行多遠(yuǎn)?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:閱讀理解

磁懸浮列車(chē)是一種高速運(yùn)載工具,它由兩個(gè)系統(tǒng)組成.一是懸浮系統(tǒng),利用磁力使車(chē)體在軌道上懸浮起來(lái)從而減小阻力.另一是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),即利用磁場(chǎng)與固定在車(chē)體下部的感應(yīng)金屬線圈相互作用,使車(chē)體獲得牽引力,圖22就是這種磁懸浮列車(chē)電磁驅(qū)動(dòng)裝置的原理示意圖.即在水平面上有兩根很長(zhǎng)的平行軌道PQ和MN,軌道間有垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=B.列車(chē)底部固定著繞有N匝閉合的矩形金屬線圈abcd(列車(chē)的車(chē)廂在圖中未畫(huà)出),車(chē)廂與線圈絕緣.兩軌道間距及線圈垂直軌道的ab邊長(zhǎng)均為L(zhǎng),兩磁場(chǎng)的寬度均與線圈的ad邊長(zhǎng)相同.當(dāng)兩磁場(chǎng)Bl和B2同時(shí)沿軌道方向向右運(yùn)動(dòng)時(shí),線圈會(huì)受到向右的磁場(chǎng)力,帶動(dòng)列車(chē)沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng).已知列車(chē)車(chē)廂及線圈的總質(zhì)量為M,整個(gè)線圈的總電阻為R.
(1)假設(shè)用兩磁場(chǎng)同時(shí)水平向右以速度v0作勻速運(yùn)動(dòng)來(lái)起動(dòng)列車(chē),為使列車(chē)能隨磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),列車(chē)所受的阻力大小應(yīng)滿足的條件;
(2)設(shè)列車(chē)所受阻力大小恒為f,假如使列車(chē)水平向右以速度v做勻速運(yùn)動(dòng),求維持列車(chē)運(yùn)動(dòng)外界在單位時(shí)間內(nèi)需提供的總能量;
(3)設(shè)列車(chē)所受阻力大小恒為f,假如用兩磁場(chǎng)由靜止開(kāi)始向右做勻加速運(yùn)動(dòng)來(lái)起動(dòng)列車(chē),當(dāng)兩磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1時(shí),列車(chē)正在向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)列車(chē)的速度為v1,求兩磁場(chǎng)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到列車(chē)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)所需要的時(shí)間t0

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2008?天津)磁懸浮列車(chē)是一種高速低耗的新型交通工具.它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如下模型,固定在列車(chē)下端的動(dòng)力繞組可視為一個(gè)矩形純電阻金屬框,電阻為R,金屬框置于xOy平面內(nèi),長(zhǎng)邊MN長(zhǎng)為l平行于y軸,寬度為d的NP邊平行于x軸,如圖1所示.列車(chē)軌道沿Ox方向,軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿Ox方向按正弦規(guī)律分布,其空間周期為λ,最大值為B0,如圖2所示,金屬框同一長(zhǎng)邊上各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同,整個(gè)磁場(chǎng)以速度v0沿Ox方向勻速平移.設(shè)在短暫時(shí)間內(nèi),MM、PQ邊所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可以忽略,并忽略一切阻力.列車(chē)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛,某時(shí)刻速度為v(v<v0).
(1)簡(jiǎn)要敘述列車(chē)運(yùn)行中獲得驅(qū)動(dòng)力的原理;
(2)為使列車(chē)獲得最大驅(qū)動(dòng)力,寫(xiě)出MM、PQ邊應(yīng)處于磁場(chǎng)中的什么位置及λ與d之間應(yīng)滿足的關(guān)系式;
(3)計(jì)算在滿足第(2)問(wèn)的條件下列車(chē)速度為v時(shí)驅(qū)動(dòng)力的大。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:閱讀理解

磁懸浮列車(chē)是一種高速運(yùn)載工具,它是經(jīng)典電磁學(xué)與現(xiàn)代超導(dǎo)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物.磁懸浮列車(chē)具有兩個(gè)重要系統(tǒng).一是懸浮系統(tǒng),利用磁力(可由超導(dǎo)電磁鐵提供)使車(chē)體在導(dǎo)軌上懸浮起來(lái)與軌道脫離接觸.另一是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),就是在沿軌道安裝的繞組(線圈)中,通上勵(lì)磁電流,產(chǎn)生隨空間作周期性變化、運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng),磁場(chǎng)與固定在車(chē)體下部的感應(yīng)金屬框相互作用,使車(chē)體獲得牽引力.為了有助于了解磁懸浮列車(chē)的牽引力的來(lái)由,我們給出如下的簡(jiǎn)化模型,圖(甲)是實(shí)驗(yàn)車(chē)與軌道示意圖,圖(乙)是固定在車(chē)底部金屬框與軌道上運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的示意圖.水平地面上有兩根很長(zhǎng)的平行直導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間有豎直(垂直紙面)方向等距離間隔的勻強(qiáng)磁場(chǎng)Bl和B2,二者方向相反.車(chē)底部金屬框的寬度與磁場(chǎng)間隔相等,當(dāng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)Bl和B2同時(shí)以恒定速度v0沿導(dǎo)軌方向向右運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬框也會(huì)受到向右的磁場(chǎng)力,帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)車(chē)沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng).設(shè)金屬框垂直導(dǎo)軌的邊長(zhǎng)L=0.20m、總電阻R=l.6Ω,實(shí)驗(yàn)車(chē)與線框的總質(zhì)量m=2.0kg,磁場(chǎng)Bl=B2=B=1.0T,磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度v0=10m/s.回答下列問(wèn)題:
(1)設(shè)t=0時(shí)刻,實(shí)驗(yàn)車(chē)的速度為零,求金屬框受到的磁場(chǎng)力的大小和方向;
(2)已知磁懸浮狀態(tài)下,實(shí)驗(yàn)車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到恒定的阻力 f1=0.20N,求實(shí)驗(yàn)車(chē)的最大速率vm;
(3)實(shí)驗(yàn)車(chē)A與另一輛磁懸浮正常、質(zhì)量相等但沒(méi)有驅(qū)動(dòng)裝置的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(chē)P掛接,設(shè)A與P掛接后共同運(yùn)動(dòng)所受阻力f2=0.50N.A與P掛接并經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后的某時(shí)刻,撤去驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)磁場(chǎng),設(shè)A和P所受阻力保持不變,求撤去磁場(chǎng)后A和P還能滑行多遠(yuǎn)?
精英家教網(wǎng)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

磁懸浮列車(chē)是一種高速運(yùn)載工具.它具有兩個(gè)重要系統(tǒng):一是懸浮系統(tǒng),利用磁力使車(chē)體在導(dǎo)軌上懸浮起來(lái);另一是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),在沿軌道上安裝的三相繞組中,通上三相交流電,產(chǎn)生隨時(shí)間和空間做周期性變化的磁場(chǎng),磁場(chǎng)與固連在車(chē)體下端的感應(yīng)金屬板相互作用,使車(chē)體獲得牽引力.精英家教網(wǎng)
設(shè)圖中xOy平面代表軌道平面,x軸與軌道平行,現(xiàn)有一與軌道平面垂直的磁場(chǎng)正以速度v向-x方向勻速運(yùn)動(dòng),設(shè)在t=0時(shí),該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨空間位置x的變化規(guī)律為B=B0coskx(式中B0、k為已知常量),且在y軸處,該磁場(chǎng)垂直xOy平面指向紙里.與軌道平面平行的一金屬矩形框MNPQ處在該磁場(chǎng)中,已知該金屬框的MN邊與軌道垂直,長(zhǎng)度為L(zhǎng),固定在y軸上,MQ邊與軌道平行,長(zhǎng)度為d=
π
k
,金屬框的電阻為R,忽略金屬框的電感的影響.求:
(1)t=0時(shí)刻,金屬框中的感應(yīng)電流大小和方向;
(2)金屬框中感應(yīng)電流瞬時(shí)值的表達(dá)式;
(3)經(jīng)過(guò)t=
10π
kv
時(shí)間,金屬框產(chǎn)生的熱量;
(4)畫(huà)出金屬框受安培力F隨時(shí)間變化的圖象.

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案