Question

超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具．其推进原理可以简化为如图所示的模型：在水平面上相距L的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场B₁和B₂，且B₁=B₂=B，每个磁场的宽都是l，相间排列，所有这些磁场都以速度v向右匀速运动．这时跨在两导轨间的长为L宽为l的金属框abcd（悬浮在导轨上方）在磁场力作用下也将会向右运动．设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f，则金属框的最大速度可表示为（ ）

A．v_m=（B²L²v-fR）/B²L²
B．v_m=（2B²L²v-fR）/2B²L²L
C．v_m=（4B²L²v-fR）/4B²L²
D．v_m=（2B²L²v+fR）/2B²L²

Answer

当磁场以相同速度v向右匀速运动，金属框的最大速度为vm时，线框左右两条边bc和ad都切割磁感线，产生两个感应电动势，线框相对于磁场的速度大小为v-vm，方向向左，bc和ad产生的感应电动势大小都为BL（v-vm），两边都磁场向前的安培力，安培力大小均为F=BIL．金属框匀速运动时，速度达到最大．推导出安培力表达式，由平衡条件求出磁场向右匀速运动的速度v．
【解析】
由题，当金属框的最大速度为vm时，线框相对于磁场的速度大小为v-vm，方向向左，bc和ad产生的感应电动势大小都为：E=BL（v-vm），
线框中感应电流大小为I=，由右手判断可知，感应电流方向为顺时针方向，由左手定则可知，bc和ad所受安培力方向均向右，安培力大小均为F=BIL，联立得到：
F=
根据平衡条件得：
2F=f
代入解得：vm=．
故选C