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如图所示是一种磁动力电梯的模拟机,即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道,轨道间...

如图所示是一种磁动力电梯的模拟机,即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=1T,两磁场始终竖直向上作匀速运动.电梯桥厢固定在如图所示的一个用超导材料制成的金属框abcd内(电梯桥厢在图中未画出),并且与之绝缘.电梯载人时的总质量为750kg,所受阻力f=500N,金属框垂直轨道的边长Lcd=2m,两磁场的宽度均与金属框的边长Lac相同,金属框整个回路的电阻R=6×10-3Ω,假如设计要求电梯以v1=10m/s的速度向上匀速运动,那么,
(1)磁场向上运动速度v应该为多大?
(2)在电梯向上作匀速运动时,为维持它的运动,外界必须提供能量,那么这些能量是由谁提供的?此时系统的效率为多少?

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(1)磁场向上运动,根据右手定则可判断通过abcd的电流方向,进而判断安培力的方向,是向上的,当安培力大小等于重力和阻力之和时,金属框会匀速运动 (2)由能量守恒定律知,外界提供的能量转化为三部分,一是线框的重力势能,二是线框产生电热,三是阻力的负功,而只有重力势能是有用的,由此可求系统的效率 【解析】 (1)当电梯向上用匀速运动时,金属框中感应电流大小为     I=     ① 金属框所受安培力F=2B1ILcd  ② 由平衡条件知:安培力大小与重力和阻力之和相等,即有    F=mg+f         ③ 由①②③式求得:v=13m/s. (2)运动时电梯向上运动的能量由磁场提供的. 磁场提供的能量分为两部分,一部分转变为金属框的内能,另一部分克服电梯的重力和阻力做功.当电梯向上作匀速运动时,金属框中感应电流由①得:   I=2×103A 金属框中的焦耳热功率为:P1=I2R=2.4×104W  ④ 而电梯的有用功率为:P2=mgv1=7.5×104W    ⑤ 阻力的功率为:P3=f v1=5×103W            ⑥ 从而系统的机械效率 η=×100%  ⑦ 代入解得 η=72.1%               ⑧ 答: (1)磁场向上运动速度v应该为是13m/s. (2)在电梯向上作匀速运动时,为维持它的运动,外界必须提供能量,那么这些能量是由磁场提供的,此时系统的效率为72.1%.
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考点分析:
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(2)为测定某电池的电动势E和内阻r,某同学利用如图甲所示的电路进行实验.图中电压表的内电阻很大,对电路的影响可以不计;R为电阻箱,R为保护电阻.
①.按照图甲所示的电路图,完成图乙的实物电路连接.
②.该同学接好电路后,闭合开关S,调整电阻箱的阻值读出电压表的示数U,再改变电阻箱阻值,取得多组数据,然后作出了有关物理量的线性图象(如图丙),根据线性图象可得电源的电动势E=______
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①试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出砝码质量M与弹簧总长L之间的函数关系图线.
砝码质量M(g)306090120150
弹簧总长X(cm)6.007.158.349.4810.6411.79
②上一问所得图线的物理意义是______
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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