随着越来越高的摩天大楼在各地的落成,至今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经渐渐地不适用了。这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加,这些钢索会由于承受不了自身的重量,

◎ 题目

随着越来越高的摩天大楼在各地的落成,至今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经渐渐地不适用了。这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加,这些钢索会由于承受不了自身的重量,还没有挂电梯就会被扯断。为此,科学技术人员正在研究用磁动力来解决这个问题。如图所示就是一种磁动力电梯的模拟机,即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1B2,且B1B2的方向相反,大小相等,即B1= B2=1T,两磁场始终竖直向上作匀速运动。电梯桥厢固定在如图所示的一个用超导材料制成的金属框abcd内(电梯桥厢在图中未画出),并且与之绝缘.电梯载人时的总质量为5×103kg,所受阻力Ff=500N,金属框垂直轨道的边长Lcd=2m,两磁场的宽度均与金属框的边长Lac相同,金属框整个回路的电阻R=9.5×10-4Ω,假如设计要求电梯以v1=10m/s的速度向上匀速运动,那么,

(1)磁场向上运动速度v0应该为多大?
(2)在电梯向上作匀速运动时,为维持它的运动,外界必须提供能量,那么这些能量是由谁提供的?此时系统的效率为多少?

◎ 答案

(1) 13m/s   (2)  76.2%  

◎ 解析

(1)当电梯向上用匀速运动时,金属框中感应电流大小为
                                  ①(2分)
金属框所受安培力                ②(2分)
安培力大小与重力和阻力之和相等,所以
                                  ③(2分)
由①②③式求得:v0="13m/s.                            " (1分)
(2)运动时电梯向上运动的能量由磁场提供的.              (1分)
磁场提供的能量分为两部分,一部分转变为金属框的内能,另一部分克服电梯的重力和阻力做功.当电梯向上作匀速运动时,金属框中感应电流由①得:
      I =1.26×104A                                 (1分)
金属框中的焦耳热功率为:P1 = I2R =1.51×105W        ④(1分)
而电梯的有用功率为:P2 = mgv1=5×105W              ⑤(1分)
阻力的功率为:P3 = Ff v1=5×103W                    ⑥(1分)
从而系统的机械效率=%           ⑦(1分)
=76.2%                        ⑧ (1分)

◎ 知识点

    专家分析,试题“随着越来越高的摩天大楼在各地的落成,至今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经渐渐地不适用了。这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加,这些钢索会由于承受不了自身的重量,…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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