Question

12．超導(dǎo)磁懸浮列車是利用超導(dǎo)體的抗磁作用使列車車體向上浮起，同時(shí)通過周期性地變換磁極方向而獲得推進(jìn)動(dòng)力的新型交通工具．其推進(jìn)原理可以簡化為如圖所示的模型：在水平面上相距L的兩根平行直導(dǎo)軌間，有豎直方向等距離分布的勻強(qiáng)磁場B₁和B₂且B₁=B₂=B；每個(gè)磁場的寬都是l，相間排列，所有這些磁場都以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)．這時(shí)跨在兩導(dǎo)軌間的長為L寬為l的金屬框abcd（懸浮在導(dǎo)軌上方）在磁場力作用下也將會(huì)向右運(yùn)動(dòng)．設(shè)金屬框的總電阻為R，運(yùn)動(dòng)中所受到的阻力恒為f，則金屬框的最大速度可表示為（　�。�

• A． v_max=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v-fR}{{B}^{2}{L}^{2}}$
• B． v_max=$\frac{2{B}^{2}{L}^{2}v-fR}{2{B}^{2}{L}^{2}}$
• C． v_max=$\frac{4{B}^{2}{L}^{2}v-fR}{4{B}^{2}{L}^{2}}$
• D． v_max=$\frac{2{B}^{2}{L}^{2}+fR}{2{B}^{2}{L}^{2}}$

Answer 1

分析 當(dāng)磁場以相同速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，金屬框的最大速度為v_m時(shí)，線框左右兩條邊bc和ad都切割磁感線，產(chǎn)生兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢，線框相對于磁場的速度大小為v-v_m，方向向左，bc和ad產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小都為BL（v-v_m），兩邊都磁場向前的安培力，安培力大小均為F=BIL．金屬框勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度達(dá)到最大．推導(dǎo)出安培力表達(dá)式，由平衡條件求出磁場向右勻速運(yùn)動(dòng)的速度．

解答 解：由題，當(dāng)金屬框的最大速度為v_max時(shí)，線框相對于磁場的速度大小為v-v_max，方向向左，bc和ad產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小都為：E=BL（v-v_max），
線框中感應(yīng)電流大小為 I=$\frac{2E}{R}$，由右手判斷可知，感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，由左手定則可知，bc和ad所受安培力方向均向右，安培力大小均為F=BIL，聯(lián)立得到：
  F=$\frac{2{B}^{2}{L}^{2}（v-{v}_{max}）}{R}$
根據(jù)平衡條件得：2F=f
代入解得：v_max=$\frac{4{B}^{2}{L}^{2}v-fR}{4{B}^{2}{L}^{2}}$．
故選：C

點(diǎn)評 本題容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤往往有三個(gè)：一是認(rèn)為線框切割速度是v_max，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是BLv_max；二是線框認(rèn)為只有一邊切割磁感線；三是線框左右都受安培力，漏掉一邊．