20.利用超導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮,如圖甲是超導(dǎo)磁懸浮的示意圖。在水平桌面上有一個(gè)周長(zhǎng)為L(zhǎng)的超導(dǎo)圓環(huán),將一塊永磁鐵沿圓環(huán)中心軸線(xiàn)從圓環(huán)的正上方緩慢向下移動(dòng),由于超導(dǎo)圓環(huán)與永磁鐵之間有排斥力。結(jié)果永磁鐵能夠懸浮在超導(dǎo)圓環(huán)的正上方h
1高處。
(1)從上向下看,試判斷超導(dǎo)圓環(huán)中的電流方向。
(2)若此時(shí)超導(dǎo)圓環(huán)中的電流強(qiáng)度為I
1。圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B
1、磁場(chǎng)方向與水平方向的夾角為θ
1(如圖乙),圖丙是圖乙中A點(diǎn)處的電流元及磁場(chǎng)正面視角的二維平面圖。
a.請(qǐng)?jiān)趫D丙上畫(huà)出該電流元所受安培力的方向。
b.圖乙中整個(gè)超導(dǎo)圓環(huán)所受的安培力的合力F的方向。
c.圖乙中整個(gè)超導(dǎo)圓環(huán)所受的安培力的合力F的大小。
(3)在接下來(lái)的幾周時(shí)間內(nèi),發(fā)現(xiàn)永磁鐵在緩慢下移。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間t
0,永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面h
2高處。有一種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為超導(dǎo)體也有很微小的電阻率,只是現(xiàn)在一般儀器無(wú)法直接測(cè)得超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)電流的變化造成了永磁鐵下移,若已知永磁鐵在h
2高處時(shí),圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B
2,磁場(chǎng)方向與水平方向的夾角為θ
2,永磁鐵的質(zhì)量為m,重力加速度為g。
a.永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面h
2高處時(shí),求超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)的電流強(qiáng)度I
2;
b.若超導(dǎo)圓環(huán)中的電流強(qiáng)度的平方隨時(shí)間變化的圖像如圖丁所示,且超導(dǎo)圓環(huán)的橫截面積為S,求該超導(dǎo)圓環(huán)的電阻率ρ。