2023年3月31日,由中国中车自主研制的国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行。该磁悬浮列车涡流制动原理的模型如图所示。模型车的车厢下端装有电磁铁系统,该电磁铁系统在其正下方产生的磁场,可看成磁感应强度大小为B、方向竖直向下的矩形区域(长为L,宽为d)的匀强磁场。将长大于L、宽为d、电阻为R的单匝矩形线圈(粗细忽略不计)等间隔铺设在轨道正中央,相邻两线圈的间隔也恰好为d。在某次试验中,模型车以一定初速度开始进入第1个线圈并制动,恰好能完整通过n个线圈。若该模型车所受的空气阻力大小与速度成正比(
,k为常量),模型车(含电磁铁系统)的质量为M,模型车与轨道之间无摩擦。求:
(1)该模型车的磁场全部进入任意一个线圈的过程中,流过线圈的电荷量q。
(2)该模型车右侧刚进入第
个线圈时,系统的速度大小
。
(3)该模型车通过每个线圈所产生的热量之比。
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(1)该模型车的磁场全部进入任意一个线圈的过程中,流过线圈的电荷量q。
(2)该模型车右侧刚进入第
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(3)该模型车通过每个线圈所产生的热量之比。
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更新时间:2024-03-14 17:30:16
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解答题
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较难
(0.4)
【推荐1】如图所示,一阻值为R、边长为
的匀质正方形导体线框abcd位于竖直平面内,下方存在一系列高度均为
的匀强磁场区,与线框平面垂直,各磁场区的上下边界及线框cd边均水平。第1磁场区的磁感应强度大小为B1,线框的cd边到第1磁区上场区上边界的距离为h0。线框从静止开始下落,在通过每个磁场区时均做匀速运动,且通过每个磁场区的速度均为通过其上一个磁场区速度的2倍。重力加速度大小为g,不计空气阻力。求:
(1)线框的质量m;
(2)第n和第n+1个磁场区磁感应强度的大小Bn与Bn+1所满足的关系;
(3)从线框开始下落至cd边到达第n个磁场区上边界的过程中,cd边下落的高度H及线框产生的总热量Q。
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(1)线框的质量m;
(2)第n和第n+1个磁场区磁感应强度的大小Bn与Bn+1所满足的关系;
(3)从线框开始下落至cd边到达第n个磁场区上边界的过程中,cd边下落的高度H及线框产生的总热量Q。
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较难
(0.4)
【推荐2】如图甲所示,边长L=0.3m的正方形金属框abcd放在足够长的绝缘水平桌面上,金属框质量M=0.8kg,阻值R=0.9Ω,与水平桌面间的动摩擦因数
,一质量为m=0.6kg的重物通过足够长的轻质细线绕过光滑定滑轮连接到dc边上。建立如图甲中所示的水平向右的坐标轴x,在
区间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为
。从t=0时刻起,金属框在沿x轴正方向的外力F作用下从x=0处由静止开始向右运动,金属框的加速度a与位移x成正比,a-x图像如图乙所示。金属框离开磁场时撤去外力F,此后金属框将继续运动,最终ab边返回至x=0处。重力加速度
。试求:
(1)金属框ab边刚进入磁场时细线上的张力及回路的电功率;
(2)外力F随位移x变化的关系式;
(3)金属框向右穿过磁场过程回路产生的焦耳热,及cd边向左返回至刚进入磁场时系统的加速度大小。
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(1)金属框ab边刚进入磁场时细线上的张力及回路的电功率;
(2)外力F随位移x变化的关系式;
(3)金属框向右穿过磁场过程回路产生的焦耳热,及cd边向左返回至刚进入磁场时系统的加速度大小。
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(0.4)
名校
【推荐3】如图所示,两条光滑的绝缘导轨,导轨的水平部分足够长,与倾斜部分平滑连接,两导轨间距L=20cm。导轨的倾斜部分与水平面成θ=53°,其中有一段匀强磁场区域abcd,磁场方向垂直于斜面向上,磁感应强度B=1T,磁场下边界离水平轨道的高度h=1m。在水平部分导轨间依次分布着长度均为L,方向竖直的匀强磁场区域,磁感应强度分别为
和
,且
、
的大小也为1T。现有一质量m=0.02kg、电阻R=1Ω、边长为L的单匝正方形金属框,在倾斜导轨上某高度处静止释放,金属框恰好能匀速的穿出磁场abcd,此后金属框在水平导轨上滑行一段时间后进入水平磁场区域,最终金属框静止。重力加速度
,感应电流的磁场忽略不计,
,
。提示:金属框的重心在其几何中心。求:
(1)金属框穿出磁场abcd时的速度;
(2)在水平导轨上运动过程中金属框内产生的热量;
(3)若高度h可变,金属框恰能通过n个完整磁场区域,试写出n与高度h的关系式。
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(1)金属框穿出磁场abcd时的速度;
(2)在水平导轨上运动过程中金属框内产生的热量;
(3)若高度h可变,金属框恰能通过n个完整磁场区域,试写出n与高度h的关系式。
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较难
(0.4)
【推荐1】如图所示,有一足够长的水平传送带以
的速度始终向左匀速运动,在传送带上的矩形区域
内充满匀强磁场,该磁场区域始终随传送带一起以
的速度匀速向左运动。某时刻,将两个表面绝缘的正方形导体框a、b同时轻放在传送带上的不同位置,a的右边恰好与
重合,b在a的左侧,两导体框中轴线重合且与传送带运动方向平行,两导体框质量均为m,边长均为L,电阻均为R,a与传送带间的动摩擦因数为
,b与传送带间无摩擦。一段时间后,导体框a的左边与
重合时,a与传送带恰好共速,同时两导体框发生弹性碰撞,碰后两导体框分离,再过一段时间两导体框共速。已知磁场的磁感应强度大小为B、方向竖直向下,
,重力加速度为g。求:
(1)导体框a刚进入磁场时的加速度大小;
(2)两导体框共速后,它们之间的距离;
(3)两导体框初始距离d。
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(1)导体框a刚进入磁场时的加速度大小;
(2)两导体框共速后,它们之间的距离;
(3)两导体框初始距离d。
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较难
(0.4)
【推荐2】如图所示为一套电磁阻尼装置原理图,在光滑水平地面上方存在着水平方向上的磁场,磁感应强度大小均为
,磁场方向垂直于纸面向里、向外分区域交替排列,依次编号为区域1、2、3、4…,磁场区域足够多,每个区域的边界均保持竖直,且各区域宽度相等均为
,现有一个正方形线圈,边长也为
,线圈匝数
,电阻
,质量为
,以初速度
向右滑入磁场区域,重力加速度
。
(1)线圈从开始进入区域1到刚要进入区域2的过程中,求流经线圈的电荷量;
(2)线圈从开始进入区域1到刚要进入区域2的过程中,求线圈产生的焦耳热;
(3)线圈从开始运动到最终停止,求线框右侧边完整经过的磁场个数。
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(1)线圈从开始进入区域1到刚要进入区域2的过程中,求流经线圈的电荷量;
(2)线圈从开始进入区域1到刚要进入区域2的过程中,求线圈产生的焦耳热;
(3)线圈从开始运动到最终停止,求线框右侧边完整经过的磁场个数。
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较难
(0.4)
【推荐3】如图(a)是游戏设备——太空梭,人固定在座椅车上从高处竖直下坠,体验瞬间失重的刺激。某工程师利用磁场控制座椅车速度,其原理图可简化为图(b)。座椅车包括座椅和金属框架,金属框架由竖直金属棒ab、cd及5根水平金属棒组成。ab、cd长度均为4h,电阻不计;5根水平金属棒等距离分布,长度均为L,电阻均为R。地面上方足够高处存在竖直宽度为h的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于竖直面向里。某次试验时,将假人固定在座椅车上,座椅车竖直放置,让座椅车从金属棒bc距离磁场上边界h高处由静止下落,金属棒bc进入磁场后即保持匀速直线运动,不计摩擦和空气阻力,重力加速度大小为g。求:
(1)人和座椅车的总质量m;
(2)从bc离开磁场到ad离开磁场的过程中,流过金属棒bc的电荷量q;
(3)金属框架abcd穿过磁场的过程中,金属棒bc上产生的热量Q。
(1)人和座椅车的总质量m;
(2)从bc离开磁场到ad离开磁场的过程中,流过金属棒bc的电荷量q;
(3)金属框架abcd穿过磁场的过程中,金属棒bc上产生的热量Q。
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