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  • 某科研机构在研究磁悬浮列车的原理时,把它的驱动系统简化为如下模型;固定在列车下端的线圈可视为一个矩形纯电阻金属框,如图甲所示,MN边长为L,平行于y轴,MP边宽度为b,边平行于x轴,金属框位于xOy平面内,其电阻为R1;列车轨道沿Ox方向,轨道区域内固定有匝数为n、电阻为R2字型(如图乙)通电后使其产生图甲所示的磁场,磁感应强度大小均为B,相邻区域磁场方向相反(使金属框的MN和PQ两边总处于方向相反的磁场中).已知列车在以速度v运动时所受的空气阻力Ff满足Ff=kv2(k为已知常数).
    驱动列车时,使固定的字型线圈依次通电,等效于金属框所在区域的磁场匀速向x轴正方向移动,这样就能驱动列车前进.
    (1)当磁场以速度v0沿x轴正方向匀速移动,列车同方向运动的速度为v(<v0)时,金属框MNQP中产生的磁感应电流多大?(提示:当线框与磁场存在相对速度v时,动生电动势E=BLv
    (2)求列车能达到的最大速度vm
    (3)列车以最大速度运行一段时间后,断开接在字型线圈上的电源,使线圈与连有整流器(其作用是确保电流总能从整流器同一端流出,从而不断地给电容器充电)的电容器相接,并接通列车上的电磁铁电源,使电磁铁产生面积为L×b、磁感应强度为B′、方向竖直现下的匀强磁场,使列车制动,求列车通过任意一个字型线圈时,电容器中贮存的电量Q.
    【考点】导体切割磁感线时的感应电动势,感生电动势、动生电动势
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    难度:中等
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