【題目】渦流制動是磁懸浮列車在高速運行時進行制動的一種方式。某研究所制成如圖甲所示的車和軌道模型來模擬磁懸浮列車的渦流制動過程，模型車的車廂下端安裝有電磁鐵系統(tǒng)，能在長為，寬的矩形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生豎直方向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為、方向豎直向下；將長大于，寬也為的單匝矩形線圈，等間隔鋪設(shè)在軌道正中央，其間隔也為，每個線圈的電阻為，導線粗細忽略不計。在某次實驗中，當模型車的速度為時，啟動電磁鐵系統(tǒng)開始制動，電磁鐵系統(tǒng)剛好滑過了個完整的線圈。已知模型車的總質(zhì)量為，空氣阻力不計，不考慮磁感應(yīng)強度的變化引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象以及線圈激發(fā)的磁場對電磁鐵的影響。求：

（1）剎車過程中，線圈中產(chǎn)生的總熱量；

（2）電磁鐵系統(tǒng)剛進入第（）個線圈時，模型車的加速度的大��；

（3）某同學受到上述裝置的啟發(fā)，設(shè)計了進一步提高制動效果的方案如圖乙所示，將電磁鐵換成個相同的永磁鐵并在一起的永磁鐵組，兩個相鄰的磁鐵磁極的極性相反；且將線圈改為連續(xù)鋪放，相鄰線圈緊密接觸但彼此絕緣，若永磁鐵激發(fā)的磁感應(yīng)強度大小恒定為，模型車質(zhì)量為，模型車開始減速的初速度為，試計算該方案中模型車的制動距離。

【答案】(1) (2) (3)

【解析】試題分析：剎車過程中，線圈的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，根據(jù)能量守恒定律求解總熱量Q；設(shè)電磁鐵系統(tǒng)剛進入第k個線圈時速度為v，根據(jù)動量定理列式。結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律得到電流的平均值，求得v，再求得安培力的大小，即可根據(jù)牛頓第二定律求得加速度a。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律和安培力公式求得每個磁鐵受到的阻力，再求解模型車的制動距離x。

（1）根據(jù)能量守恒定律

（2）設(shè)電磁鐵系統(tǒng)剛進入第k個線圈時，速度為v

根據(jù)動量定理

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，有

根據(jù)閉合電路歐姆定律

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律

根據(jù)閉合電路歐姆定律

線圈所受安培力為

根據(jù)牛頓第三定律，電磁鐵系統(tǒng)所受力大小也為

根據(jù)牛頓第二定律

則

（3）當模型車的速度為時，每個線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為

每個線圈中的感應(yīng)電流為

每個磁鐵受到的阻力為

個磁鐵受到的阻力為

由第（2）問同理可得

解得

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】電磁彈射是我國最新研究的重大科技項目，原理可用下述模型說明。如圖甲所示，虛線MN右側(cè)存在一個豎直向上的勻強磁場，一邊長L的正方形單匝金屬線框abcd放在光滑水平面上，電阻為R，質(zhì)量為m，ab邊在磁場外側(cè)緊靠MN虛線邊界。t＝0時起磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律是B＝B0＋kt(k為大于零的常數(shù))，空氣阻力忽略不計。

(1)求t＝0時刻，線框中感應(yīng)電流的功率P；

(2)若線框cd邊穿出磁場時速度為v，求線框穿出磁場過程中，安培力對線框所做的功W及通過導線截面的電荷量q；

(3)若用相同的金屬線繞制相同大小的n匝線框，如圖乙所示，在線框上加一質(zhì)量為M的負載物，證明：載物線框匝數(shù)越多，t＝0時線框加速度越大。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】一平板小車靜止在光滑水平地面上，車上固定一個足夠高的光滑弧形軌道，弧形軌道與小車的水平上表面在B處相切，小車與軌道的總質(zhì)量為M=2kg。小車上表面粗糙，AB段長L=1.5m現(xiàn)有質(zhì)量m=0.5kg的滑塊(視為質(zhì)點)=4.0m/s的水平初速度滑上小車，滑塊與小車AB段間的動摩擦因數(shù)μ=0.1，取g=10m/s，求：

(1)滑塊從A第一次到B的運動時間t；

(2)滑塊沿弧形軌道上升的最大高度h。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】2016年10月17日，“神舟十一號”載人飛船發(fā)射成功，景海鵬、陳冬身穿航天服進入太空。航天服是保障航天員生命活動和工作能力的個人密閉裝備。假如在地面時航天服內(nèi)氣壓為一個標準大氣壓p0=1.0×105Pa，氣體體積為2L，溫度為30℃，進入太空后，宇航員穿著航天服出艙后，由于外部氣壓低，航天服急劇膨脹，氣體體積變?yōu)?/span>4L，溫度降為20℃，航天服可視為封閉系統(tǒng)，內(nèi)部氣體可視為理想氣體。

(I)求航天員進入太空出艙較長時間后，航天服內(nèi)的氣體壓強。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(Ⅱ)若在地面上開啟航天服封閉系統(tǒng)向航天服內(nèi)充氣，使航天服內(nèi)氣壓達到標準大氣壓的90%，體積變?yōu)?/span>4L，則需補充溫度為30℃、一個標準大氣壓的氣體多少升?

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，某人從同一位置O以不同的水平速度投出三枚飛鏢A、B、C，最后都插在豎直墻壁上，它們與墻面的夾角分別為60°、45°、30°，圖中飛鏢的取向可認為是擊中墻面時的速度方向，不計空氣阻力。則下列說法正確的是（ ）

A. 三只飛鏢做平拋運動的初速度一定滿足vA0>vB0>vC0

B. 插在墻上的三只飛鏢的反向延長線一定交于同一點

C. 三只飛鏢擊中墻面的速度滿足vA<vB<vC

D. 三只飛鏢擊中墻面的速度一定滿足vA=vC>vB

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】利用如圖所示①的電路測定電源的電動勢和內(nèi)電阻。

(1)若閉合電鍵S1，將單刀雙擲電鍵S2擲向a，改變電阻箱R的阻值得到一系列的電壓表的讀數(shù)U。則由于未考慮電壓表分流導致電動勢的測量值與真實值相比_________，內(nèi)阻的測量值與真實值相比________。（填“偏大”“相等”或“偏小”)

(2)若斷開S1，將單刀雙擲電鍵S2擲向b，改變電阻箱R的阻值得到一系列的電流表的讀數(shù)I。則由于未考慮電流表分壓導致電動勢的測量值與真實值相比_________，內(nèi)阻的測量值與真實值相比________。(填“偏大”“相等”或“偏小”)

(3)某同學分別按照以上兩種方式完成實驗操作之后，利用圖線處理數(shù)據(jù)，得到如下兩個圖象（如圖②和③所示），縱軸截距分別是b1、b2，斜率分別為k1、k2。綜合兩條圖線的數(shù)據(jù)可以避免由于電壓表分流和電流表分壓帶來的系統(tǒng)誤差，則電源的電動勢E=_______，內(nèi)阻r=________。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】下列說法正確的是______

A．圖A中，P、Q是偏振片，M是光屏，當P固定不動，緩慢轉(zhuǎn)動Q時，光屏M上的光亮度將會變化，此現(xiàn)象表明光波是橫波

B．圖B是雙縫干涉示意圖，若只減小屏到檔板間的距離L，兩相鄰亮條紋間距離將減小

C．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場周圍一定能產(chǎn)生電磁波

D．利用紅外線進行遙感主要是因為紅外線的波長長，容易發(fā)生衍射

E．人站在路邊，一輛汽車響著喇叭從人身邊疾馳而過，人聽到喇叭的音調(diào)會由低變高

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某科研單位設(shè)計了一空間飛行器，飛行器從地面起飛時．發(fā)動機提供的動力方向與水平方向夾角，使飛行器恰好沿與水平方向成角的直線斜向右上方由靜止開始勻加速飛行，如圖所示．經(jīng)時間t后，將動力的方向沿逆時針旋轉(zhuǎn)同時適當調(diào)節(jié)其大�。癸w行器依然可以沿原方向勻減速飛行，飛行器所受空氣阻力不計，下列說法中正確的是

A. 加速時動力的大小等于

B. 加速與減速時的加速度大小之比為2：1

C. 減速飛行時間t后速度減為零

D. 加速過程發(fā)生的位移與減速到零的過程發(fā)生的位移大小之比為2：1

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某物理社團受“蛟龍?zhí)枴钡膯l(fā)，設(shè)計了一個測定水深的深度計。如圖，導熱性能良好的氣缸I、II內(nèi)徑相同，長度均為L，內(nèi)部分別有輕質(zhì)薄活塞A、B，活塞密封性良好且可無摩擦左右滑動，氣缸I左端開口。外界大氣壓強為p0，氣缸I內(nèi)通過A封有壓強為p0的氣體，氣缸II內(nèi)通過B封有壓強為2p0的氣體，一細管連通兩氣缸，初始狀態(tài)A、B均位于氣缸最左端。該裝置放入水下后，通過A向右移動的距離可測定水的深度。已知p0相當于10 m高的水產(chǎn)生的壓強，不計水溫變化，被封閉氣體視為理想氣體，求：

（i） 當A向右移動 時，水的深度h；

（ii）該深度計能測量的最大水深hm。

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