磁悬浮列车是一种高速运载工具。它具有两个重要系统:一是悬浮系统,利用磁力使车体在导轨上悬浮起来;另一是驱动系统,在沿轨道上安装的三相绕组中,通上三相交流电,产生随时间和空间做周期性变化的磁场,磁场与固连在车体下端的感应金属板相互作用,使车体获得牵引力。
设图中
平面代表轨道平面,
轴与轨道平行,现有一与轨道平面垂直的磁场正以速度
向
方向匀速运动,设在
时,该磁场的磁感应强度B的大小随空间位置x的变化规律为
(式中
B0、
k为已知常量),且在y轴处,该磁场垂直
平面指向纸里。与轨道平面平行的一金属矩形框MNPQ处在该磁场中,已知该金属框的MN边与轨道垂直,长度为L,固定在y轴上,MQ边与轨道平行,长度为d=
,金属框的电阻为R,忽略金属框的电感的影响。求:
(1) t=0时刻,金属框中的感应电流大小和方向;
(2) 金属框中感应电流瞬时值的表达式;
(3) 经过
时间,金属框产生的热量;
(4) 画出金属框受安培力F随时间变化的图象。