摘要:15.磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具.它的驱动系统简化为如下模型.固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框.电阻为R.金属框置于xOy平面内.长边MN长为l.平行于y轴.宽为d的NP边平行于x轴.如图1所示.列车轨道沿Ox方向.轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场.磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布.其空间周期为λ.最大值为B0.如图2所示.金属框同一长边上各处的磁感应强度相同.整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移.设在短暂时间内.MN.PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略.并忽略一切阻力.列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶.某时刻速度为v(v<v0). (1)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理, (2)为使列车获得最大驱动力.写出MN.PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式: 问的条件下列车速度为v时驱动力的大小. 15[解析] (1)由于列车速度与磁场平移速度方向相同.导致穿过金属框的磁通量发生变化.由于电磁感应.金属框中会产生感应电流.该电流受到安培力即为驱动力. (2)为使列车获得最大驱动力.MM.PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方.这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大.导致线框中电流最强.也会使得金属框长边中电流收到的安培力最大.因此.d应为的奇数倍.即 ① 问条件.则MM.PQ边所在处的磁感应强度大小均为B0且方向总相反.经短暂的时间Δt.磁场沿Ox方向平移的距离为v0Δt.同时.金属框沿Ox方向移动的距离为vΔt. 因为v0>v.所以在Δt时间内MN边扫过磁场的面积 S=(v0-v)lΔt 在此Δt时间内.MN边左侧穿过S的磁通量移进金属框而引起框内磁通量变化 ΔΦMN = B0l(v0-v)Δt② 同理.该Δt时间内.PQ边左侧移出金属框的磁通引起框内磁通量变化 ΔΦPQ = B0l(v0-v)Δt③ 故在Δt内金属框所围面积的磁通量变化 ΔΦ = ΔΦMN +ΔΦPQ④ 根据法拉第电磁感应定律.金属框中的感应电动势大小 ⑤ 根据闭合电路欧姆定律有 ⑥ 根据安培力公式.MN边所受的安培力 FMN = B0Il PQ边所受的安培力 FPQ = B0Il 根据左手定则.MM.PQ边所受的安培力方向相同.此时列车驱动力的大小 F = FMN + FPQ = 2 B0Il⑦ 联立解得 ⑧. 点拔:本题是联系实际的问题.能很好考查电磁感应和力学结合的试题.有一定的难度.复习时要注意各知识的灵活运用.

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