题目内容

1.目前人类正在研究真空管道磁悬浮列车,由于管道内空气稀薄,阻力很小,列车运行速度可以达到2000 km/h以上.列车推进原理可以简化为如图所示的模型:在水平面上相距L的两根平行直导轨间,有竖直方向等间距分布的匀强磁场B1和B2,且B1=B2=B,每个磁场的宽度都是L,相间排列,所有这些磁场都以相同的速度v0向右 匀速运动,这时跨在两导轨间边长为L的正方形金属框(悬浮在导轨上方)在磁场力作用下也将向右运动并最终达到最大速度.已知金属框的总电阻为R,运动中受到的阻力恒为Ff.求金属框的最大速度vm.

分析 当磁场以相同速度v向右匀速运动,金属框的最大速度为vm时,线框左右两条边NQ和MP都切割磁感线,产生两个感应电动势,线框相对于磁场的速度大小为v-vm,方向向左,bc和ad产生的感应电动势大小都为BL(v-vm),两边都磁场向前的安培力,安培力大小均为F=BIL.金属框匀速运动时,速度达到最大.推导出安培力表达式,由平衡条件求出磁场向右匀速运动的速度v.

解答 解:设线框的最大速度为vm,则此时线圈与磁场间的相对速度为v0-vm;
则由题意可得,当金属框匀速运动时速度最大
E=2BL(v0-vm)
感应电流I=$\frac{E}{R}$
安培力F=2BIL
而根据平衡条件可得:
F安=Ff
联立解得:vm=v0-$\frac{{F}_{f}R}{4{B}^{2}{L}^{2}}$
答:金属框的最大速度为v0-$\frac{{F}_{f}R}{4{B}^{2}{L}^{2}}$

点评 本题考查导体切割磁感线中的受力问题分析,容易产生的错误往往有三个:一是认为线框切割速度是vm,产生的感应电动势是BLvm;二是线框认为只有一边切割磁感线;三是线框左右都受安培力,容易漏掉一边.

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