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(20分)

一种电磁缓冲装置,能够产生连续变化的电磁斥力,有效缓冲车辆间的速度差,避免车辆间发生碰撞和追尾事故。下图虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图,在缓冲车的底部还安装有电磁铁(图中未画出),能产生垂直于导轨平面的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,在缓冲车的PQ、MN导轨内有一个由高强度材料制成的缓冲滑块K,滑块K可以在导轨上无摩擦地滑动。在滑块K上绕有闭合矩形线圈abcd,线圈的总电阻为R,匝数为n,ab的连线长为L,缓冲车在光滑水平面上运动。

(1)如果缓冲车以速度v0与障碍物碰撞后滑块K立即停下,求缓冲车厢速度减半时滑块K上线圈内的感应电流大小和方向;

(2)如果缓冲车以速度v0与障碍物碰撞后滑块K立即停下,求缓冲车厢从碰撞到停下过程中通过的位移(设缓冲车厢与滑块K始终不相撞);

(3)设缓冲车厢质量为m1 ,滑块K质量为m2 ,如果缓冲车以速度v匀速运动时.在它前进的方向上有一个质量为m3的静止物体C,滑块K与物体C相撞后粘在一起。碰撞时间极短。设m1 = m2 = m3 = m, cd边进入磁场之前,缓冲车(包括滑块K)与物体C达到相同的速度,求相互作用的整个过程中线圈abcd产生的焦耳热。(物体C与水平面间摩擦不计)

说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

答案:
(1) (2) (3) 【解析】(1)由右手定则判断出感应电流的方却是abcda(或逆时针) 缓冲车以速度v0/2碰撞障碍物后滑块K静止,滑块相对磁场的速度大小为v0/2 线圈中产生的感应电动势 线圈中感应电流 (2)设此过程中缓冲车通过位移为d,经过时间为t,线圈通过的平均电流为i,平均电动势为E,对缓冲车厢由动量定理 对线圈由闭合电路欧姆定律 (3)设K、C碰撞后共同运动的速度为v1,由动量守恒定律 设缓冲车与物体C共同运动的速度为v2 由动量守恒定律  设线圈abcd产生的焦耳热为Q,依据能量守恒 解得
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