Question

磁懸浮列車(chē)動(dòng)力原理如下圖所示，在水平地面上放有兩根平行直導(dǎo)軌，軌間存在著等距離的正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)B_l和B₂，方向相反，B₁＝B₂＝l T，如下圖所示．導(dǎo)軌上放有金屬框abcd，金屬框電阻R＝2 Ω，導(dǎo)軌間距L＝0.4 m，當(dāng)磁場(chǎng)B_l、B₂同時(shí)以v＝5 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，求

(1)如果導(dǎo)軌和金屬框均很光滑，金屬框?qū)Φ厥欠襁\(yùn)動(dòng)？若不運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)說(shuō)明理由；如運(yùn)動(dòng)，原因是什么？運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何？

(2)如果金屬框運(yùn)動(dòng)中所受到的阻力恒為其對(duì)地速度的K倍，K＝0.18，求金屬框所能達(dá)到的最大速度v_m是多少？

(3)如果金屬框要維持(2)中最大速度運(yùn)動(dòng)，它每秒鐘要消耗多少磁場(chǎng)能？

Answer 1

答案：
解析：

(1)運(yùn)動(dòng)．因磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，框與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，ad、b邊切害蟲(chóng)磁感線(xiàn)，框中產(chǎn)生感應(yīng)電流(方向逆時(shí)針)，同時(shí)受安培力，方向水平向右，故使線(xiàn)框向右加速運(yùn)動(dòng)，且屬于加速度越來(lái)越小的變加速運(yùn)動(dòng)．　　(6分) 　　(2)阻力f與安培力F安衡時(shí)，框有vmf＝Kvm＝F＝2IBL�、佟　�(2分) 　　其中I＝E/R　②　　(1分) 　　E＝2BL(v－vm)�、邸　�(2分) 　�、佗冖勐�(lián)立得： 　　Kvm＝2·[2BL(v－vm)/R]·BL 　　∴Kvm＝(4B2L2v－4B2L2vm)/R 　　∴vm＝4B2L2v/(KR＋4B2L2)　④　　(1分) 　�。�3.2 m/s�、荨　�(2分) 　　(3)框消耗的磁場(chǎng)能一部分轉(zhuǎn)化為框中電熱，一部分克服陰力做功． 　　據(jù)能量守恒 　　E硫＝I2Rt＋Kvm·vmt　　(4分) 　　E磁＝[4B2L2(v－vm)2/R]·1＋Kvm2·1 　�。�＋018×3.22 　　＝2.9 J　　(2分)