磁懸浮列車是用超導(dǎo)體產(chǎn)生抗磁作用使車體向上浮起,通過周期性地變換磁極方向而獲取推進(jìn)動力的列車,磁懸浮列車的運(yùn)行原理可簡化為如圖所示的模型.在水平面上,兩根平行直導(dǎo)軌間有豎直方向且等距離分布的勻強(qiáng)磁場和,導(dǎo)軌上有金屬框abcd,其寬度與每一個(gè)方向的磁場寬度相同,當(dāng)勻強(qiáng)磁場和同時(shí)沿直導(dǎo)軌向右運(yùn)動時(shí),金屬框也會沿直導(dǎo)軌運(yùn)動.設(shè)直導(dǎo)軌間距為L,==B,金屬框的電阻為R,金屬框運(yùn)動時(shí)受到的阻力恒為F.
(1)若兩磁場同時(shí)以速度v向右做勻速直線運(yùn)動,則金屬框運(yùn)動的最大速度是多少?
(2) 若兩磁場同時(shí)以加速度a向右做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,則金屬框要經(jīng)過多少時(shí)間開始運(yùn)動?經(jīng)過足夠長時(shí)間后, 金屬框也要做勻加速直線運(yùn)動,則其加速度有多大?
(1) 當(dāng)兩磁場同時(shí)以速度v向右做勻速直線運(yùn)動時(shí), 金屬框中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,金屬框受到安培力作用而加速運(yùn)動,當(dāng)金屬框做勻速直線運(yùn)動時(shí)其速度最大. 感應(yīng)電動勢為:
根據(jù)平衡條件:
解得:
(2) 當(dāng)兩磁場同時(shí)以加速度a向右做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,設(shè)經(jīng)過時(shí)間t后金屬框開始運(yùn)動,此時(shí)速度,感應(yīng)電動勢為:
由得
經(jīng)過足夠長時(shí)間后, 金屬框也要做勻加速直線運(yùn)動,當(dāng)金屬框的加速度與兩磁場運(yùn)動的加速度相同時(shí),電路中的電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).
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