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近年來,我國高速鐵路迅速發(fā)展,已成為國家新名片。高鐵動車組在制動過程中采用“再生制動”方式,將列車的動能轉(zhuǎn)化為可再生利用的能量,有效降低能耗。一種再生利用的方式是將列車甲制動產(chǎn)生的電能,提供給同一電網(wǎng)下處于啟動狀態(tài)的列車乙。此過程可簡化為如圖所示的模型:固定在水平地面上的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌,處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場中;甲、乙是兩根相同的金屬棒,放在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌良好接觸,且始終與導(dǎo)軌保持垂直。已知磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)體棒質(zhì)量均為m,電阻均為R,長度與導(dǎo)軌間距相等,均為l;導(dǎo)體棒甲、乙在導(dǎo)軌上運(yùn)動時,受到的摩擦阻力大小均為f;t=0時,導(dǎo)體棒甲的速度大小為v0,方向向左,導(dǎo)體棒乙的速度為0,不計導(dǎo)軌的電阻。
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(1)當(dāng)列車甲開始制動,即導(dǎo)體棒甲由速度v0開始減速時,求導(dǎo)體棒乙獲得的電磁牽引力的大小和方向。
(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=
ΔΦ
Δ
t
,證明在制動過程中,導(dǎo)體棒中的電流i與兩導(dǎo)體棒的速度差Δv的關(guān)系為i=
B
l
Δ
v
2
R
。
(3)已知當(dāng)導(dǎo)體棒甲經(jīng)過位移x1,速度從v0減到v1時,乙不能再加速,此時再生制動結(jié)束。為了求得這一過程中導(dǎo)體棒乙的位移x2,某同學(xué)的分析計算過程如下:
設(shè)當(dāng)再生制動結(jié)束時導(dǎo)體棒乙的速度為v2
此時導(dǎo)體棒乙受到的安培力F等于阻力f,可得
B
2
l
2
v
1
-
v
2
2
R
=f①
由①式可解得v2
根據(jù)功能關(guān)系
1
2
mv02=
1
2
m(v12+v22)+f(x1+x2)②
由②式可求得導(dǎo)體棒乙的位移x2
請你判斷這位同學(xué)的解法是否正確,并說明理由。
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:206引用:1難度:0.6
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  • 菁優(yōu)網(wǎng)1.如圖所示,紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd,置于垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場之外,線框的ab邊與磁場的邊界MN重合?,F(xiàn)用外力將線框勻速拉入磁場中,經(jīng)過時間Δt=0.4 s,線框恰好全部進(jìn)入磁場,穿過線框的磁通量由Φ1=0變?yōu)棣?sub>2=0.4 Wb。在線框進(jìn)入磁場的過程中,試求:
    (1)穿過線框的磁通量變化量ΔΦ;
    (2)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E。
    發(fā)布:2024/9/22 0:0:8組卷:128引用:2難度:0.6
  • 菁優(yōu)網(wǎng)2.如圖所示,兩個平行光滑金屬導(dǎo)軌AB、CD固定在水平地面上,其間距L=0.5m,左端接有阻值R=3Ω的定值電阻,一根長度與導(dǎo)軌間距相等的金屬桿置于導(dǎo)軌上,金屬桿的質(zhì)量m=0.2kg,電阻r=2Ω,整個裝置處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=4T的勻強(qiáng)磁場中,t=0時刻,在MN上加一與金屬桿垂直,方向水平向右的外力F,金屬桿由靜止開始以a=2m/s2的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動,2s末撤去外力F,運(yùn)動過程中金屬桿與導(dǎo)軌始垂直且接觸良好。(不計導(dǎo)軌和連接導(dǎo)線的電阻,導(dǎo)軌足夠長)求:
    (1)2s末外力F的大?。?br />(2)由t=0到靜止時,金屬桿運(yùn)動的位移x。
    發(fā)布:2024/9/27 0:0:1組卷:31引用:2難度:0.5
  • 菁優(yōu)網(wǎng)3.如圖所示,豎直平面內(nèi)有相距為L的平行光滑金屬軌道ME、NF,MN之間接有電阻R1,EF之間接有電阻R2,已知R1=R2=2R.在PQ上方(包括PQ)及CD下方(包括CD)有水平方向的勻強(qiáng)磁場I和II,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.現(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻為R的導(dǎo)體棒ab,從軌道上距離PQ一定高度處由靜止下落,在下落過程中導(dǎo)體棒始終保持水平,與軌道接觸良好,兩平行軌道足夠長。已知導(dǎo)體棒ab下落到PQ位置時速度的大小為v1.不計軌道電阻,重力加速度為g。
    (1)求導(dǎo)體棒ab下落到PQ位置時導(dǎo)體棒ab中的電流;
    (2)導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場II后棒中電流大小始終不變,求磁場I和II之間的距離h;
    (3)若導(dǎo)體棒ab剛進(jìn)入磁場II時與(2)中具有相同的速度,此時施加一豎直向上的恒定外力F的作用,且F=mg.求導(dǎo)體棒ab從進(jìn)入磁場II到停止運(yùn)動的過程中,電阻R2上產(chǎn)生的熱量及導(dǎo)體棒ab下落的距離。
    (考生務(wù)必將答案答在答題卡上,在試卷上作答無效)
    發(fā)布:2024/9/29 4:0:1組卷:163引用:3難度:0.3
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