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，如圖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，軌道間有垂直軌道甲面的勻強磁場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邊長度相同，當兩磁場B1和B2同時沿軌道向右運動時，線圈會受到向右的磁場力，帶動列車沿軌道運動。已知列車車廂及線圈的總質量為M，整個線圈的電阻為R。
(1)假設用兩磁場同時水平向右以速度v0做勻速運動來啟動列車，為使列車能隨磁場運動，求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(nèi)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啟動列車，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，求從兩磁場開始運動到列車開始運動所需要的時間t0。
解：(1)列車靜止時，電流最大，列車受到的電磁驅動力最大設為Fm，此時
線框中產(chǎn)生的感應電動勢E1=2NBLv0
線框中的電流
整個線框受到的安培力Fm=2NBI1L
列車所受阻力大小為
(2)當列車以速度v勻速運動時，兩磁場水平向右運動的速度為v'，金屬框中感應電動勢E=2NBL(v'-v)
金屬框中感應電流
又因為F=2NBIL=f
求得
當列車勻速運動時，金屬框中的熱功率為P1=I2R
克服阻力的功率為P2=fv
所以可求得外界在單位時間內(nèi)需提供的總能量為
(3)根據(jù)題意分析可得，為實現(xiàn)列車最終沿水平方向做勻加速直線運動，其加速度必須與兩磁場由靜止開始做勻加速直線運動的加速度相同，設加速度為a，則t1時刻金屬線圈中的電動勢E=2NBL(at1-v1)
金屬框中感應電流
又因為安培力
所以對列車，由牛頓第二定律得
解得
設從磁場運動到列車啟動需要時間為t0，則t0時刻金屬線圈中的電動勢E0=2NBLat0
金屬框中感應電流
又因為安培力
所以對列車，由牛頓第二定律得
解得
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(nèi)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(nèi)，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(nèi)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(nèi)，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時驅動力的大小．

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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？
精英家教網(wǎng)

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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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