磁懸浮列車是一種高速運載工具，它是經(jīng)典電磁學與現(xiàn)代超導技術相結合的產(chǎn)物．磁懸浮列車具有兩個重要系統(tǒng)．一是懸浮系統(tǒng)，利用磁力（可由超導電磁鐵提供）使車體在導軌上懸浮起來與軌道脫離接觸．另一是驅動系統(tǒng)，就是在沿軌道安裝的繞組（線圈）中，通上勵磁電流，產(chǎn)生隨空間作周期性變化、運動的磁場，磁場與固定在車體下部的感應金屬框相互作用，使車體獲得牽引力．為了有助于了解磁懸浮列車的牽引力的來由，我們給出如下的簡化模型，圖（甲）是實驗車與軌道示意圖，圖（乙）是固定在車底部金屬框與軌道上運動磁場的示意圖．水平地面上有兩根很長的平行直導軌，導軌間有豎直（垂直紙面）方向等距離間隔的勻強磁場Bl和B2，二者方向相反．車底部金屬框的寬度與磁場間隔相等，當勻強磁場Bl和B2同時以恒定速度v0沿導軌方向向右運動時，金屬框也會受到向右的磁場力，帶動實驗車沿導軌運動．設金屬框垂直導軌的邊長L=0.20m、總電阻R=l.6Ω，實驗車與線框的總質量m=2.0kg，磁場Bl=B2=B=1.0T，磁場運動速度v0=10m/s．回答下列問題：
（1）設t=0時刻，實驗車的速度為零，求金屬框受到的磁場力的大小和方向；
（2）已知磁懸浮狀態(tài)下，實驗車運動時受到恒定的阻力 f1=0.20N，求實驗車的最大速率vm；
（3）實驗車A與另一輛磁懸浮正常、質量相等但沒有驅動裝置的磁懸浮實驗車P掛接，設A與P掛接后共同運動所受阻力f2=0.50N．A與P掛接并經(jīng)過足夠長時間后的某時刻，撤去驅動系統(tǒng)磁場，設A和P所受阻力保持不變，求撤去磁場后A和P還能滑行多遠？
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分析：（1）實驗車的速度為零，當勻強磁場Bl和B2同時以恒定速度v0沿導軌方向向右運動時，車相對磁場運動，切割磁感線產(chǎn)生感應電流，從而受到安培力，根據(jù)公式可求大小，根據(jù)左手定則可判方向
（2）列車速度在增大，所受安培力也增大，當安培力和阻力相等時，列車速度最大，此后做勻速直線運動，根據(jù)平衡可列式求解；
（3）同（20一樣可求出試驗車和掛車達到的最大速度，撤去磁場后在阻力作用下做勻減速直線運動，根據(jù)動能定理列式求解．
解答：解：（1）t=0時刻，線框相對磁場的速度為v0=10m/s，金屬框A中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流，設瞬時電動勢大小為E0
E0=2
△Φ
△t
=
2BLv0△t
△t
=2BLv0=4.0V
設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
設金屬框A受到的磁場力的大小為F0，根據(jù)安培力公式
F0=2 BI0L=1.0N
方向向右
（2）金屬框A達到最大速度vm時相對磁場的速度為（v0-vm），設此時線圈中的感應電動勢為E1，則   E1=2 BL（v0-vm） …①
設此時金屬框中的電流為I1，根據(jù)歐姆定律
I1=
E1
R
    ②
實驗車達到最大速度時受力平衡，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A與P掛接后再次達到勻速運動時的速度為v2，同理可得
f2=
4B2L2(v0-v2)
R

代入數(shù)據(jù)解得  v2=5.0 m/s
設撤去磁場后A和P還能滑行的距離為s，根據(jù)動能定理
-f2s=0-
1
2
×2mv22
解得  s=100 m
答：（1）金屬框受到的磁場力的大小為為1.0N，方向向右；
（2）實驗車的最大速率vm為8.0m/s
（3）撤去磁場后A和P還能滑行100m．
點評：解決本題的關鍵以磁場為參考系，線圈做切割磁感線運動，產(chǎn)生感應電流，從而受到安培力，在安培力和阻力的作用下運動．
練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：

磁懸浮列車是一種高速交通工具，它具有兩個重要系統(tǒng)：一個是懸浮系統(tǒng)，另一個是驅動系統(tǒng)．驅動系統(tǒng)的簡化模型如下：左圖是實驗車與軌道示意圖，右圖是固定在實驗車底部的金屬框與軌道間的運動磁場的示意圖．水平地面上有兩根很長的平行直導軌，導軌間有垂直于水平面的等間距的勻強磁場（每個磁場的寬度與金屬框的寬度相同），磁感應強度B1、B2大小相同，相鄰磁場的方向相反，所有磁場同時以恒定速度v0沿導軌方向向右運動，這時實驗車底部的金屬框將會受到向右的磁場力，帶動實驗車沿導軌運動．

設金屬框總電阻R=1.6Ω，垂直于導軌的邊長L=0.20m，實驗車與金屬框的總質量m=2.0kg，磁感應強度B1=B2=B=1.0T，磁場運動速度v0=10m/s．回答下列問題：
（1）t=0時刻，實驗車的速度為零，求此時金屬框受到的磁場力的大小和方向；
（2）已知磁懸浮狀態(tài)下，實驗車運動時受到的阻力恒為f1=0.20N，求實驗車的最大速率vm；
（3）若將該實驗車A與另外一輛質量相等但沒有驅動裝置的磁懸浮實驗車P掛接，設A與P掛接后共同運動所受阻力恒為f2=0.50N．A與P掛接并經(jīng)過足夠長時間后已達到了最大速度，這時撤去驅動磁場，保留磁懸浮狀態(tài)，A與P所受阻力f2保持不變，那么撤去驅動磁場后A和P還能滑行多遠？

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科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

磁懸浮列車是一種高速運載工具，它由兩個系統(tǒng)組成．一是懸浮系統(tǒng)，利用磁力使車體在軌道上懸浮起來從而減小阻力．另一是驅動系統(tǒng)，即利用磁場與固定在車體下部的感應金屬線圈相互作用，使車體獲得牽引力，圖22就是這種磁懸浮列車電磁驅動裝置的原理示意圖．即在水平面上有兩根很長的平行軌道PQ和MN，軌道間有垂直軌道平面的勻強磁場B1和B2，且B1和B2的方向相反，大小相等，即B1=B2=B．列車底部固定著繞有N匝閉合的矩形金屬線圈abcd（列車的車廂在圖中未畫出），車廂與線圈絕緣．兩軌道間距及線圈垂直軌道的ab邊長均為L，兩磁場的寬度均與線圈的ad邊長相同．當兩磁場Bl和B2同時沿軌道方向向右運動時，線圈會受到向右的磁場力，帶動列車沿導軌運動．已知列車車廂及線圈的總質量為M，整個線圈的總電阻為R．
（1）假設用兩磁場同時水平向右以速度v0作勻速運動來起動列車，為使列車能隨磁場運動，列車所受的阻力大小應滿足的條件；
（2）設列車所受阻力大小恒為f，假如使列車水平向右以速度v做勻速運動，求維持列車運動外界在單位時間內需提供的總能量；
（3）設列車所受阻力大小恒為f，假如用兩磁場由靜止開始向右做勻加速運動來起動列車，當兩磁場運動的時間為t1時，列車正在向右做勻加速直線運動，此時列車的速度為v1，求兩磁場開始運動到列車開始運動所需要的時間t0．

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2008?天津）磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具．它的驅動系統(tǒng)簡化為如下模型，固定在列車下端的動力繞組可視為一個矩形純電阻金屬框，電阻為R，金屬框置于xOy平面內，長邊MN長為l平行于y軸，寬度為d的NP邊平行于x軸，如圖1所示．列車軌道沿Ox方向，軌道區(qū)域內存在垂直于金屬框平面的磁場，磁感應強度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，金屬框同一長邊上各處的磁感應強度相同，整個磁場以速度v0沿Ox方向勻速平移．設在短暫時間內，MM、PQ邊所在位置的磁感應強度隨時間的變化可以忽略，并忽略一切阻力．列車在驅動系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛，某時刻速度為v（v＜v0）．
（1）簡要敘述列車運行中獲得驅動力的原理；
（2）為使列車獲得最大驅動力，寫出MM、PQ邊應處于磁場中的什么位置及λ與d之間應滿足的關系式；
（3）計算在滿足第（2）問的條件下列車速度為v時驅動力的大�。�

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科目：高中物理 來源： 題型：

磁懸浮列車是一種高速運載工具．它具有兩個重要系統(tǒng)：一是懸浮系統(tǒng)，利用磁力使車體在導軌上懸浮起來；另一是驅動系統(tǒng)，在沿軌道上安裝的三相繞組中，通上三相交流電，產(chǎn)生隨時間和空間做周期性變化的磁場，磁場與固連在車體下端的感應金屬板相互作用，使車體獲得牽引力．精英家教網(wǎng)
設圖中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正以速度v向-x方向勻速運動，設在t=0時，該磁場的磁感應強度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處在該磁場中，已知該金屬框的MN邊與軌道垂直，長度為L，固定在y軸上，MQ邊與軌道平行，長度為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時刻，金屬框中的感應電流大小和方向；
（2）金屬框中感應電流瞬時值的表達式；
（3）經(jīng)過t=
10π
kv
時間，金屬框產(chǎn)生的熱量；
（4）畫出金屬框受安培力F隨時間變化的圖象．

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