11.磁悬浮列车动力原理如下图所示，在水平地面上放有两根平行直导轨，轨间存在着等距离的正方形匀强磁场Bl和B2，方向相反，B1=B2=lT，如下图所示。导轨上放有金属框abcd，金属框电阻R=2Ω，导轨间距L=0.4m，当磁场Bl、B2同时以v=5m/s的速度向右匀速运动时，求
(1)如果导轨和金属框均很光滑，金属框对地是否运动?若不运动，请说明理由；如运动，原因是什么?运动性质如何?
(2)如果金属框运动中所受到的阻力恒为其对地速度的K倍，K=0.18，求金属框所能达到的最大速度vm是多少?
(3)如果金属框要维持(2)中最大速度运动，它每秒钟要消耗多少磁场能?
12如图左所示，边长为l和L的矩形线框aa?、bb?互相垂直，彼此绝缘，可绕中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到滑环C，末端并在一起接到滑环D，C、D彼此绝缘.通过电刷跟C、D连接.线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘中心的张角为45°，如图右所示（图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头所示）.不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是沿着线框平面.磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设线框aa?和bb?的电阻都是r，两个线框以角速度ω逆时针匀速转动，电阻R=2r.
（1）求线框aa?转到图右位置时感应电动势的大小； （2）求转动过程中电阻R上的电压最大值；
（3）从线框aa?进入磁场开始时，作出0~T（T是线框转动周期）时间内通过R的电流 iR随时间变化的图象；
（4）求外力驱动两线框转动一周所做的功。
6
13磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。
如图2所示，通道尺寸a?2.0m、b?0.15m、c?0.10m。工作时，在通道内沿z轴正方向加B?8.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压
U?99.6V；海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率??0.20??m
（1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；
（2）船以vs?5.0m/s的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以5.0m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到vd?8.0m/s。求此时两金属板间的感应电动势U感；
（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按U'?U?U感计算，海水受到电磁力的80%可以转化为对船的推力。当船以vs?5.0m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。
14.平行导轨L1、L2所在平面与水平面成30度角，平行导轨L3、L4所在平面与水平面成60度角，L1、L3上端连接于O点，L2、L4上端连接于O’点，OO’连线水平且与L1、L2、L3、L4都垂直，质量分别为m1、m2的甲、乙两金属棒分别跨接在左右两边导轨上，且可沿导轨无摩擦地滑动，整个空间存在着竖直向下的匀强磁场。若同时释放甲、乙棒，稳定后它们都沿导轨作匀速运动。
(1)求两金属棒的质量之比。
(2)求在稳定前的某一时刻两金属棒加速度之比。
(3)当甲的加速度为g/4时，两棒重力做功的瞬时功率和回路中电流做功的瞬时功率之比为多少？
7
15．如图，两根足够长的光滑固定平行金属导轨与水平面成θ角，导轨间距为d，两导体棒a和b与导轨垂直放置，两根导体棒的质量都为m、电阻都为R，回路中其余电阻不计。整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B。在t=0时刻使a沿导轨向上作速度为v的匀速运动，同时将b由静止释放，b经过一段时间后也作匀速运动。已知d=1m，m=0.5kg，R=0.5Ω，B=0.5T，θ=300，g取10m／2
s，不计两导棒间的相互作用力。
(1)为使导体棒b能沿导轨向下运动，a的速度v不能超过多大?
(2)若a在平行于导轨向上的力F作用下，以v1=2m/s的速度沿导轨向上运动，试导出F与b的速率v2的函数关系式并求出v2的最大值；
(3)在(2)中，当t=2s时，b的速度达到5.06m/s，2s内回路中产生的焦耳热为13.2J，求该2s内力F做的功(结果保留三位有效数字)。
16.．如图所示，两根平行金属导轨MN、PQ相距为d=1.0m，导轨平面与水平面夹角为α＝30°，导轨上端跨接一定值电阻R=1.6Ω，导轨电阻不计，整个装置处于与导轨平面垂直且向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B=1.0T。一根与导轨等宽的金属棒ef垂直于MN、PQ静止放置，且与导轨保持良好接触。金属棒质量m=0.1kg、电阻r=0.4Ω，距导轨底端S1=3.75m。 另一根与金属棒ef平行放置的绝缘棒gh长度也为d，质量为
m，从导轨最低点以速度2v0=10m/s沿轨道上滑并与金属棒发生正碰（碰撞时间极短），碰后金属棒沿导轨上滑S2=0.2m后再次静止，此过程中电阻R上产生的电热为Q=0.2J。已知
两棒与导轨间的动摩擦因数均为μ=3，g取10m/s2，求： 3（1）绝缘棒gh与金属棒ef碰前瞬间绝缘棒的速率；
（2）两棒碰后，安培力对金属棒做的功以及碰后瞬间金属棒的加速度；
（3）金属棒在导轨上运动的时间
8
17．金属条制成边长为L的闭合正方形框abba,质量为m，电阻为R0，金属方框水平放在“E”型磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行如图所示。设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，磁感应强度大小为B，且磁场区域在竖直方向足够长，其他地方的磁场忽略不计．可认为方框的aa/边和bb/边都处在磁极间，同时切割磁场，产生串联的两个感应电动势．方框从静止开始释放，其平面在下落过程中保持水平(不计空气阻力)．
(1)求方框下落的最大速度vm;
(2)当方框下落的加速度为g/2时，求方框的发热功率P，
(3)巳知方框下落的时间为t时，下落的高度为h，其速度为vt(vt 18． CDE是固定在绝缘水平面上的光滑金属导轨，CD = DE = L，∠CDE=60°，如图甲所示，CD和DE单位长度的电阻均为r0，导轨处于磁感应强度为B．竖直向下的匀强磁场中。一根金属杆MN，长度大于L，电阻可忽略不计。现MN在向右的水平拉力作用下以速度v0，在CDE上匀速滑行。MN在滑行的过程中始终与CDE接触良好，并且与C．E所确定的直线平行。 （1）求MN滑行到C．E两点时，C．D两点电势差的大小； （2）推导MN在CDE上滑动过程中，回路中的感应电动势E与时间t的关系表达式； （3）在运动学中我们学过：通过物体运动速度和时间的关系图线（v – t 图）可以求出 物体运动的位移x，如图乙中物体在0 – t0时间内的位移在数值上等于梯形Ov0P t0的面积。通过类比我们可以知道：如果画出力与位移的关系图线（F—x图）也可以通过图线求出力对物体所做的功。 请你推导MN在CDE上滑动过程中，MN所受安培力F安与MN的位移x的关系表达式，并用F安与x的关系图线求出MN在CDE上整个滑行的过程中，MN和CDE构成的回路所产生的焦耳热。 ，， 9 19．磁悬浮铁路系统是一种新型的交通运输系统，它是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上。同时利用电磁力进行驱动。采用直线电机模式获得驱动力的列车可简化为如下情景：固定在列车下端的矩形金属框随车平移；轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度沿Ox方向按正弦规律分布，最大值为B0，其空间变化周期为2d，整个磁场以速度v1沿Ox方向向前高速平移，由于列车沿Ox方向匀速行驶速度v2与磁场平移速度不同，而且v1＞v2，列车相对磁场以v1-v2的速度向后移动切割磁感线，金属框中会产生感应电流，该电流受到的向前安培力即为列车向前行驶的驱动力。设金属框电阻为R，长PQ=L，宽NP=d，求： （1）如图为列车匀速行驶时的某一时刻，MN、PQ均处于磁感应强度最大值处，此时金属框内感应电流的大小和方向。 （2）列车匀速行驶S距离的过程中，矩形金属线框产生的焦耳热。 （3）列车匀速行驶时所获得的最大驱动力的大小，并定性画出驱动力功率随时间变化在 2d时间 v1?v2内的关系图线。 20.平行轨道PQ、MN两端各接一个阻值R1=R2＝8Ω的电阻，轨道间距L=1 m,轨道很长，本身电阻不计．轨道间磁场按如图所示的规律分布，其中每段垂直纸面向里和向外的磁场区域宽度均为2 cm，磁感应强度的大小均为B=1 T，每段无磁场的区域宽度均为1 cm，导体棒ab本身电阻r=1Ω，与轨道接触良好．现使ab以v=10 m/s向右匀速运动．求： (1)当导体棒ab从左端进入磁场区域时开始计时，设电流方向从a流向b为正方向，请画出流过导体棒ab的电流随时间变化关系的i－t图象． (2)整个过程中流过导体棒ab的电流为交变电流，求出流过导体棒ab的电流有效值．[来源:学_科_网Z_X_X_K] [来源:学科网ZXXK] 10