电磁刹车技术的应用越来越广泛。某电磁刹车装置可简化为如图甲所示的模型，车厢下端固定有电磁铁系统，能在长为L1、宽为L2的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场，磁感应强度的大小可根据需要自动调整，但最大不超过2T。长为L1、宽为L2的单匝矩形线圈铺设在水平绝缘轨道正中央，相邻两线圈的间隔也为L2。已知L1=0.5m,L2=0.2m,每个线圈的电阻R=0.1Ω。
在某次试验中，当车的速度v0=20m/s时启动该制动系统，车立即以大小为2m/s2的加速度做匀减速直线运动，直到磁感应强度达到2T。之后磁感应强度保持2T不变，车继续前行直到停止运动。已知车的总质量为30kg,不计摩擦阻力及空气阻力的影响，导线粗细忽略不计，不考虑磁场边缘效应的影响。
（1）在图乙中定性画出车在制动过程中，其速度随时间变化的图像；
（2）求从磁感应强度达到2T至车停止运动过程中，线圈中产生的焦耳热；
（3）求制动过程中，车行驶的总距离。
【答案】（1）速度随时间变化的图像见解析；
（2）从磁感应强度达到2T至车停止运动过程中，线圈中产生的焦耳热为540J；
（3）制动过程中，车行驶的总距离为109m。
（2）从磁感应强度达到2T至车停止运动过程中，线圈中产生的焦耳热为540J；
（3）制动过程中，车行驶的总距离为109m。
【解答】
【点评】
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发布：2024/4/20 14:35:0组卷：207引用：1难度：0.3
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1．如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R，两棒与导轨始终接触良好。MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B．PQ的质量为m,金属导轨足够长、电阻忽略不计。
（1）闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；
（2）断开S，PQ在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过PQ的电荷量为q,求该过程安培力做的功W。发布：2024/12/29 20:30:1组卷：3303引用：17难度：0.5 -
2．2022年6月，我国首艘完全自主设计建造的航母“福建舰”下水亮相，除了引人注目的电磁弹射系统外，电磁阻拦索也是航母的“核心战斗力”之一，其原理是利用电磁感应产生的阻力快速安全地降低舰载机着舰的速度。如图所示为电磁阻拦系统的简化原理：舰载机着舰时关闭动力系统，通过绝缘阻拦索拉住轨道上的一根金属棒ab,金属棒ab瞬间与舰载机共速并与之一起在磁场中减速滑行至停下。已知舰载机质量为M，金属棒质量为m,接入导轨间电阻为r,两者以共同速度为v0进入磁场。轨道端点MP间电阻为R，不计其它电阻。平行导轨MN与PQ间距L，轨道间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度为B。除安培力外舰载机系统所受其它阻力均不计。求：
（1）舰载机和金属棒一起运动的最大加速度a；
（2）舰载机减速过程中金属棒ab中产生的焦耳热Qab；
（3）舰载机减速过程通过的位移x的大小。发布：2024/12/29 23:0:1组卷：248引用：4难度：0.4 -
3．如图所示，足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面呈θ角，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且接触良好，ab棒在MN与PQ之间部分的电阻为R，当ab棒沿导轨下滑的距离为x时，棒的速度大小为v.则在这一过程中（ ）发布：2024/12/29 20:30:1组卷：83引用：3难度：0.7
