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隨著越來越高的摩天大樓在各地的落成，至今普遍使用的鋼索懸掛式電梯已經(jīng)漸漸地不適用了．這是因?yàn)殇撍鞯拈L度隨著樓層的增高而相應(yīng)增加，這樣這些鋼索會由于承受不了自身的重量，還沒有掛電梯就會被扯斷．為此，科學(xué)技術(shù)人員正在研究用磁動力來解決這個問題．如圖所示就是一種磁動力電梯的模擬機(jī)，即在豎直平面上有兩根很長的平行豎直軌道，軌道間有垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場B₁和B₂，且B₁和B₂的方向相反，大小相等，即B₁=B₂=1T，兩磁場始終豎直向上作勻速運(yùn)動．電梯橋廂固定在如圖所示的一個閣超導(dǎo)材料制成的金屬框abcd內(nèi)（電梯橋廂在圖中未畫出），并且與之絕緣．電梯載人時的總質(zhì)量為5×10³kg，所受阻力f=500N，金屬框垂直軌道的邊長L_cd=2m，兩磁場的寬度均與金屬框的邊長L_ac相同，金屬框整個回路的電阻R=9.5×10^-4Ω，假如設(shè)計(jì)要求電梯以v₁=10m/s的速度向上勻速運(yùn)動，那么，（取g=10m/s²）
（1）磁場向上運(yùn)動速度v₀應(yīng)該為多大？（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（2）在電梯向上作勻速運(yùn)動時，為維持它的運(yùn)動，外界必須提供能量，那么此時系統(tǒng)的效率為多少？（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

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隨著越來越高的摩天大樓在各地的落成，至今普遍使用的鋼索懸掛式電梯已經(jīng)漸漸地不適用了。這是因?yàn)殇撍鞯拈L度隨著樓層的增高而相應(yīng)增加，這樣這些鋼索會由于承受不了自身的重量，還沒有掛電梯就會被扯斷為此，科學(xué)技術(shù)人員正在研究用磁動力來解決這個問題。如圖所示就是一種磁動力電梯的模擬機(jī)，即在豎直平面上有兩根很長的平行豎直軌道，軌道間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場B₁和B₂，且B₁和B₂的大小相等，方向相反，即B₁=B₂=1 T，兩磁場始終豎直向上做勻速運(yùn)動，電梯轎廂固定在如圖所示的一個用超導(dǎo)材料制成的金屬框abcd內(nèi)（電梯轎廂在圖中未畫出），并且與之絕緣。電梯載人時的總質(zhì)量為5×10³ kg，所受阻力F_f=500 N，金屬框垂直于軌道的邊長L_cd=2 m，兩磁場的寬度均與金屬框的邊長L_ad相同，金屬框在整個回路的電阻R=9.5×10^-4 Ω，假如設(shè)計(jì)要求電梯以v₁=10 m/s的速度向上勻速運(yùn)動，g=10 m/s²，那么：
（1）磁場向上運(yùn)動速度v₀應(yīng)該為多大？
（2）在電梯向上做勻速運(yùn)動時，為維持它的運(yùn)動，外界必須提供能量，這些能量是由誰提供的？此時系統(tǒng)的效率為多少？

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二、實(shí)驗(yàn)題：（18分）將答案填在題目的空白處，或者要畫圖連線。

9、（6分）①a f d b e c  （3分）

②A            （3分）

10、（12分）（2）①0.183（0.181～0.185）；（3分）

②V₁，A₁；R₁；（3分）

③見答圖1；（3分）                                                                                

④（3分）………………共12分

說明：答圖1中電壓表連接線柱b、c也正確。

三、本大題共三小題共計(jì)54分．解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟．只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題．答案中必須明確寫出數(shù)值和單位

11、（16分）（1）滑塊C滑上傳送帶后做勻加速運(yùn)動，設(shè)滑塊C從滑上傳送帶到速度達(dá)到傳送帶的速度v所用的時間為t，加速度大小為a，在時間t內(nèi)滑塊C的位移為x。

根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式………1分   ………1分

…………1分   解得…………1分

即滑塊C在傳送帶上先加速，達(dá)到傳送帶的速度v后隨傳送帶勻速運(yùn)動，并從右端滑出，則滑塊C從傳道帶右端滑出時的速度為v=3.0m/s…………1分

   （2）設(shè)A、B碰撞后的速度為v₁，A、B與C分離時的速度為v₂，由動量守恒定律

mv₀=2mv­₁ ………………1分   2 mv₁=2mv­₂+mv_C…………1分

由動量守恒規(guī)律 ……1分  解得E_P=1.0J……1分

   （3）在題設(shè)條件下，若滑塊A在碰撞前速度有最大值，則碰撞后滑塊C的速度有最大值，它減速運(yùn)動到傳送帶右端時，速度應(yīng)當(dāng)恰好等于傳遞帶的速度v。

    設(shè)A與B碰撞后的速度為，分離后A與B的速度為，滑塊C的速度為，由能量守恒規(guī)律和動量守恒定律………1分 

…………1分

    由能量守恒規(guī)律…………1分

    由運(yùn)動學(xué)公式 …………2分   解得：

    說明：其他方法解答正確也給分。

12、（18分）（1）（5分）因金屬框勻速運(yùn)動，所以金屬框受到的安培力等于重力與阻力之和，設(shè)當(dāng)電梯向上勻速運(yùn)動時，金屬框中感應(yīng)電流大小為I          

   ①                                 （1分）

     ②                                 （2分）

由①②式得金屬框中感應(yīng)電流I =1.2×10⁴A               （1分）

圖示時刻回路中感應(yīng)電流沿逆時針方向                   （1分）

（2）（5分）金屬框中感應(yīng)電動勢   ③         （2分）

金屬框中感應(yīng)電流大小  ④         （2分）

 由③④式得    v₀=12.7m/s                                （1分）

（3）（8分）金屬框中的焦耳熱為：P₁ = I²R =1.3×10⁵W               （1分）

重力功率為：P₂ = mg v₁=4.75×10⁵W                     （2分）

阻力的功率為：P₃ = f v₁=5×10³W                        （2分）

提升轎廂的效率 100%                          （2分）

77.9 %                              （1分）

13、（20分）（1）依題意，R=L/4，由qvB=mv²/R，qU₀=，解得U₀=（6分）

（2）設(shè)AF中點(diǎn)為G，連接GC，作其垂直平分線，與AF延長線交點(diǎn)即為圓心

由相似三角形得R′=O′G=13L/4，qvB=mv²/R′，q=，∴U_NM=（7分）

（3）由于粒子在磁場中運(yùn)動周期T=，T與速率無關(guān)粒子撞擊BC中點(diǎn)和DE中點(diǎn)后回到G，用時最短圓周半徑R″=3L/2，得到最短時間t==（7分）