热点06 中国高铁-2025年高考物理【热点·重点·难点】专练（北京专用）

热点06 中国高铁 中国高铁实现了从“追赶”到“领跑”的历史性跨越，总体技术水平位于世界先进行列。复兴号动车组采用254项重要标准，其中84%为中国标准，具有完全自主知识产权。2024年，CR450动车组样车成功下线，运营时速400公里，标志着我国高铁技术再次突破。 在智能化方面，京张高铁成为世界上首条时速350公里的智能化高速铁路。同时，我国积极推动高铁与北斗导航、5G、人工智能等前沿技术深度融合，提升高铁智能化水平。此外，中国高铁还通过技术创新，适应复杂地质和气候条件，如高寒、高原、风沙等环境，形成了一系列世界领先的技术标准。 中国高铁不仅在国内实现了大规模应用，还在海外落地生根。高铁技术的不断创新，不仅提升了我国交通运输效率，也为全球高铁发展贡献了中国智慧。 （建议用时：60分钟） 动力学问题 1．（2021丰台一模）选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果会有所不同：如图甲所示，在自由下落的电梯中，电梯外的人看到小球只受重力作用，做自由落体运动，符合牛顿定律；电梯内的人看到小球只受重力却是“静止”的，“违反”了牛顿定律．为了能够用牛顿定律描述对地面作加速运动的参考系（又称“非惯性参考系”）中物体的运动，在非惯性系中引入惯性力的概念：惯性力，表示非惯性系的加速度，负号表示与方向相反．引入惯性力后，电梯中的人认为小球受到向上的惯性力与重力平衡，小球静止，符合牛顿定律．如图乙所示，某人在以加速度作匀加速运动的高铁上，距地面为处，以相对于高铁的速度水平抛出一个小球．已知重力加速度，关于此人看到的小球运动，分析正确的（　　） A．小球在竖直方向上做初速度等于零，加速度小于的匀变速直线运动 B．小球水平方向作匀速直线运动 C．当时，小球将落在抛出点的正下方 D．当时，小球将落在抛出点的正下方 2．（2023首师大附中月考）完全相同的两列高铁在直铁轨上相向行驶，速度为350km/h，两列车迎面交错而过时，双方驾驶员看到对方列车从眼前划过的时间大约是2s，以下说法正确的是（　　） A．由以上数据可以估算出每列车总长约为200m B．由以上数据可以估算出每列车总长约为400m C．坐于车尾的乘客看到对方列车从身边划过的时间大约是4s D．坐于车尾的乘客看到对方列车从身边划过的时间大约是1s 3．（2021首师大附分校上学期期中）一种比飞机还要快的旅行工具即将诞生，称为“第五类交通方式”，它就是“（超级高铁）”。速度高达一千多公里每小时。如果乘坐从地到地，600公里的路程需要42分钟，先匀加速，达到最大速度后匀速运动，快进站时再匀减速运动，且加速与减速的加速度大小相等，则下列关于的说法正确的是（　　） A．加速与减速的时间不一定相等 B．加速时间为10分钟 C．加速过程中发生的位移为150公里 D．加速时加速度大小约为 4．（2025交大附高三下学期开学考）阅读下面两则材料，回答问题。 材料Ⅰ：理论和实验证明：由于地球自转的原因，向东高速行驶的列车对水平轨道的压力与其处于静止状态时对水平轨道的压力相比较，显著减少。这种现象称为“厄缶效应”。如图所示，设想在地球赤道线上，有一个总质量为的高速列车正在以相对地面的速度为，沿水平轨道向东行驶。已知地球半径为，地球自转周期为，地球视为质量均匀球体。这列车运动过程中与静止状态比较，分析对水平轨道显著减小的压力。 材料Ⅱ：当物体相对于地球表面运动时，会受到“地转偏向力”的影响。“地转偏向力”不是物体真实受到的力，是由于地球自转而产生的惯性效应。其原因是：除南北两极外，地球上各纬度的自转角速度相同，但自转线速度不同。在北半球，物体由北向南运动的过程中，由于惯性，物体随地球自转的线速度相对地表显得慢了，因此表现出向前进方向的右侧偏转的现象。“地转偏向力”对地球上所有移动的物体，例如运行的高铁、火箭发射等都会产生影响，“地转偏向力”在极地最显著，向赤道方向逐渐减弱直到消失在赤道处。1851年，法国物理学家傅科在巴黎的教堂用摆长、直径约、质量为的铁球制成的单摆（傅科摆），通过观察“地转偏向力”对单摆运动产生的影响可以证实地球在自转。 根据以上两则材料信息，结合所学知识，下面分别与材料对应的选项，说法正确的是（　　） A．材料I中，若列车在赤道自东向西以相对地面为行驶，增大的压力为 B．材料I中，减小的压力为 C．材料II中，在地球南半球，由南向北运动的高铁，在前进方向上对轨道的左侧压力小于右侧压力 D．材料II中，北京天文馆里的傅科摆在摆动过程中，摆动平面沿顺时针方向（偏视）不断偏转 能量与动量 1．（2023北大附三模）复兴号动车在世界上首次实现速度350km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车从静止开始以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内（　　） A．牵引力保持不变 B．加速度逐渐变大 C．牵引力的功率 D．牵引力做功 2．（2024顺义高三上学期期中）如图所示，京张高铁将北京到张家口的通行时间缩短在1小时内，成为2022年北京冬奥会重要的交通保障设施。假设此高铁动车启动后沿平直轨道行驶，发动机的功率恒为，且行驶过程中受到的阻力大小恒定。已知动车的质量为，最高行驶速度。则下列说法正确的是（　　） A．由题目信息可估算京张铁路的全长为350km B．行驶过程中动车受到的阻力大小为 C．当动车的速度为时，动车的加速度大小为 D．从启动到速度为的过程中，动车牵引力所做的功为 磁悬浮技术与电动制动 1．（2024北师大附属实验中学零模）世界多国都在加紧研制真空管道超高速磁悬浮列车，某研发团队想要探究其电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装N匝正方形线框abcd，边长为L，线框总电阻为R。其平面与水平轨道平行，小车总质量为m，其俯视图如图所示，小车到站需要减速时，在前方虚线PP'和QQ'之间设置一竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。宽度为H，且H>L.若小车关闭引擎即将进入磁场前的速度为v0，在行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计，不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。 （1）cd边刚进入磁场时线框内感应电流的大小和方向： （2）cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小： （3）若小车完全进入磁场时速度为，求在此过程中通过线圈的电荷量和线圈产生的焦耳热。 2．（2022西城二模）近年来，我国高速铁路迅速发展，已成为国家新名片。高铁动车组在制动过程中采用“再生制动”方式，将列车的动能转化为可再生利用的能量，有效降低能耗。一种再生利用的方式是将列车甲制动产生的电能，提供给同一电网下处于启动状态的列车乙。此过程可简化为如图所示的模型：固定在水平地面上的足够长的平行金属导轨，处于竖直方向的匀强磁场中；甲、乙是两根相同的金属棒，放在导轨上，与导轨良好接触，且始终与导轨保持垂直。已知磁场的磁感应强度大小为B，导体棒质量均为m，电阻均为R，长度与导轨间距相等，均为l；导体棒甲、乙在导轨上运动时，受到的摩擦阻力大小均为f；时，导体棒甲的速度大小为，方向向左，导体棒乙的速度为0，不计导轨的电阻。 （1）当列车甲开始制动，即导体棒甲由速度开始减速时，求导体棒乙获得的电磁牵引力的大小和方向。 （2）根据法拉第电磁感应定律，证明在制动过程中，导体棒中的电流i与两导体棒的速度差的关系为。 （3）已知当导体棒甲经过位移x1，速度从减到时，乙不能再加速，此时再生制动结束。为了求得这一过程中导体棒乙的位移x2，某同学的分析计算过程如下 设当再生制动结束时导体棒乙的速度为此时导体棒乙受到的安培力等于阻力f，可得①由①式可解得根据功能关系②由②式可求得导体棒乙的位移x2 请你判断这位同学的解法是否正确，并说明理由。 3．（2022朝阳高三上学期期末）当磁场相对于导体运动时，会带动导体一起运动，这种作用称为“电磁驱动”．“电磁驱动”在生产生活中有着非常广泛的应用． （1）如图所示，两条相距的平行金属导轨位于同一水平面内，其左端接一阻值为的电阻．矩形匀强磁场区域的磁感应强度大小为、方向竖直向下，金属杆位于磁场区域内且静置在导轨上．若磁场区域以速度匀速向右运动，金属杆会在安培力的作用下运动起来．除外其它电阻不计．请判断金属杆中的感应电流方向，并计算金属杆初始时电流的大小； （2）某种磁悬浮列车的驱动系统可简化为如下模型：固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为，金属框置于平面内，长为的边平行于轴，宽为的边平行于轴，如图所示．列车轨道沿方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度沿方向按正弦规律分布，其空间周期为，最大值为，如图所示，且金属框同一长边上各处的磁感应强度均相同．当整个磁场以速度沿方向匀速平移时，磁场对金属框的作用力充当驱动力，使列车沿方向加速行驶．某时刻，列车速度为，边所在位置的磁感应强度恰为．设在短暂时间内，、边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力． ①若，求此刻列车的驱动力的大小； ②为使列车在此刻能获得最大驱动力，请写出与之间应满足的关系式，并计算最大驱动力的瞬时功率． 4．（2021顺义一模）利用超导体可以实现磁悬浮，如图甲是超导磁悬浮的示意图。在水平桌面上有一个周长为L的超导圆环，将一块永磁铁沿圆环中心轴线从圆环的正上方缓慢向下移动，由于超导圆环与永磁铁之间有排斥力。结果永磁铁能够悬浮在超导圆环的正上方高处。 （1）从上向下看，试判断超导圆环中的电流方向。 （2）若此时超导圆环中的电流强度为。圆环所处位置的磁感应强度为、磁场方向与水平方向的夹角为θ1（如图乙），图丙是图乙中A点处的电流元及磁场正面视角的二维平面图。 a.请在图丙上画出该电流元所受安培力的方向。 b.图乙中整个超导圆环所受的安培力的合力F的方向。 c.图乙中整个超导圆环所受的安培力的合力F的大小。 （3）在接下来的几周时间内，发现永磁铁在缓慢下移。经过较长时间，永磁铁的平衡位置变为离桌面高处。有一种观点认为超导体也有很微小的电阻率，只是现在一般仪器无法直接测得超导圆环内电流的变化造成了永磁铁下移，若已知永磁铁在高处时，圆环所处位置的磁感应强度大小为，磁场方向与水平方向的夹角为，永磁铁的质量为m，重力加速度为g。 a.永磁铁的平衡位置变为离桌面高处时，求超导圆环内的电流强度； b.若超导圆环中的电流强度的平方随时间变化的图像如图丁所示，且超导圆环的横截面积为S，求该超导圆环的电阻率。 供电技术 1．（2024重庆大足中学模拟）自耦变压器在高铁技术中被广泛应用。如题图所示，一理想自耦变压器接在的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G，A1和A2为理想交流电表，定值电阻，下列说法正确的是（　　） A．电流表A1的示数为0.22A B．电阻R在1分钟时间里产生的热量约为11.6kJ C．将P向上滑动，A2的示数将变大 D．将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的 1．（2024广东一模）如图为高铁供电流程的简化图，牵引变电所的理想变压器将电压为的高压电进行降压；动力车厢内的理想变压器再把电压降至，为动力系统供电，此时动力系统的电流为，发电厂的输出电流为；若变压器的匝数，则下列关系式正确的是（　　） A． B． C． D． 1．（2024山西吕梁模拟）高铁常用磁刹车系统，某同学为研究其工作原理让铜盘处于磁场方向均垂直于其平面的磁场中进行实验。如图甲：圆形匀强磁场区域与铜盘是同心圆且面积小于铜盘面积；如图乙，磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度从左到右减小；如图丙，匀强磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度随时间均匀减小；如图丁，圆形匀强磁场区域处于铜盘的一侧。现给铜盘一初始角速度，整个过程忽略空气阻力和摩擦阻力的影响，忽略铜盘厚度，则铜盘能停下来的是（　　） A．图甲 B．图乙 C．图丙 D．图丁 2．（2020天津南开区二模）如图a所示，超级高铁是一种以“真空管道运输”为理论核心设计的交通工具，它具有超高速、低能耗、无噪声、零污染等特点。如图b所示，已知管道中固定着两根平行金属导轨MN、PQ两导轨的间距为，运输车的质量为m，横截面是半径为r的圆。运输车上固定着间距为D、与导轨垂直的两根导体1和2，每根导体棒的电阻为R，每段长度为D的导轨的电阻也为R。其他电阻忽略不计，重力加速度为g。 （1）如图c所示，当管道中的导轨平面与水平面成角时，运输车恰好能无动力地匀速下滑。求运输车与导轨间的动摩擦因数μ； （2）在水平导轨上进行实验，不考虑摩擦及空气阻力。 ①当运输车由静止离站时，在导体棒2后间距为D处接通固定在导轨上电动势为E的直流电源，此时导体棒1、2均处于磁感应强度为B，垂直导轨平面向下的匀强磁场中，如图d所示。求刚接通电源时运输车的加速度的大小；（电源内阻不计，不考虑电磁感应现象） ②当运输车进站时，管道内依次分布磁感应强度为B，宽度为D的匀强磁场，且相邻的匀强磁场的方向相反。求运输车以速度v0从如图e通过距离D后的速度v。 1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 热点06 中国高铁 中国高铁实现了从“追赶”到“领跑”的历史性跨越，总体技术水平位于世界先进行列。复兴号动车组采用254项重要标准，其中84%为中国标准，具有完全自主知识产权。2024年，CR450动车组样车成功下线，运营时速400公里，标志着我国高铁技术再次突破。 在智能化方面，京张高铁成为世界上首条时速350公里的智能化高速铁路。同时，我国积极推动高铁与北斗导航、5G、人工智能等前沿技术深度融合，提升高铁智能化水平。此外，中国高铁还通过技术创新，适应复杂地质和气候条件，如高寒、高原、风沙等环境，形成了一系列世界领先的技术标准。 中国高铁不仅在国内实现了大规模应用，还在海外落地生根。高铁技术的不断创新，不仅提升了我国交通运输效率，也为全球高铁发展贡献了中国智慧。 （建议用时：60分钟） 动力学问题 1．（2021丰台一模）选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果会有所不同：如图甲所示，在自由下落的电梯中，电梯外的人看到小球只受重力作用，做自由落体运动，符合牛顿定律；电梯内的人看到小球只受重力却是“静止”的，“违反”了牛顿定律．为了能够用牛顿定律描述对地面作加速运动的参考系（又称“非惯性参考系”）中物体的运动，在非惯性系中引入惯性力的概念：惯性力，表示非惯性系的加速度，负号表示与方向相反．引入惯性力后，电梯中的人认为小球受到向上的惯性力与重力平衡，小球静止，符合牛顿定律．如图乙所示，某人在以加速度作匀加速运动的高铁上，距地面为处，以相对于高铁的速度水平抛出一个小球．已知重力加速度，关于此人看到的小球运动，分析正确的（　　） A．小球在竖直方向上做初速度等于零，加速度小于的匀变速直线运动 B．小球水平方向作匀速直线运动 C．当时，小球将落在抛出点的正下方 D．当时，小球将落在抛出点的正下方 【答案】D 【解析】A．因为某人以相对于高铁的速度水平抛出一个小球，小球受重力的作用，故它会向下做初速度等于零，加速度等于的匀变速直线运动，选项A错误； B．而列车是加速向前运行的，根据题意，小球对人来说，相当于向前做减速运动，故选项B错误； CD．小球的其加速度的大小为，所以小球将向前减速，一直到减速到后，再反向加速，回到原位置，故满足：，又因竖直方向，所以二者结合得，即满足这个式子时，小球将落在抛出点的正下方，选项C错误，D正确．故选D 2．（2023首师大附中月考）完全相同的两列高铁在直铁轨上相向行驶，速度为350km/h，两列车迎面交错而过时，双方驾驶员看到对方列车从眼前划过的时间大约是2s，以下说法正确的是（　　） A．由以上数据可以估算出每列车总长约为200m B．由以上数据可以估算出每列车总长约为400m C．坐于车尾的乘客看到对方列车从身边划过的时间大约是4s D．坐于车尾的乘客看到对方列车从身边划过的时间大约是1s 【答案】B 【解析】AB．两列车相向运动，每列车总长为，故A错误，B正确； CD．坐于车尾的乘客看到对方列车从身边划过的时间为，故C、D错误；故选B。 3．（2021首师大附分校上学期期中）一种比飞机还要快的旅行工具即将诞生，称为“第五类交通方式”，它就是“（超级高铁）”。速度高达一千多公里每小时。如果乘坐从地到地，600公里的路程需要42分钟，先匀加速，达到最大速度后匀速运动，快进站时再匀减速运动，且加速与减速的加速度大小相等，则下列关于的说法正确的是（　　） A．加速与减速的时间不一定相等 B．加速时间为10分钟 C．加速过程中发生的位移为150公里 D．加速时加速度大小约为 【答案】D 【解析】 、加速与减速的加速度大小相等，根据可知，加速与减速的时间一定相等，故错误； 、设加速和减速的时间均为，运动总时间为，则，代入数据解得：，故错误； 、加速位移为，故错误； 、加速度大小为：，故正确；故选。 4．（2025交大附高三下学期开学考）阅读下面两则材料，回答问题。 材料Ⅰ：理论和实验证明：由于地球自转的原因，向东高速行驶的列车对水平轨道的压力与其处于静止状态时对水平轨道的压力相比较，显著减少。这种现象称为“厄缶效应”。如图所示，设想在地球赤道线上，有一个总质量为的高速列车正在以相对地面的速度为，沿水平轨道向东行驶。已知地球半径为，地球自转周期为，地球视为质量均匀球体。这列车运动过程中与静止状态比较，分析对水平轨道显著减小的压力。 材料Ⅱ：当物体相对于地球表面运动时，会受到“地转偏向力”的影响。“地转偏向力”不是物体真实受到的力，是由于地球自转而产生的惯性效应。其原因是：除南北两极外，地球上各纬度的自转角速度相同，但自转线速度不同。在北半球，物体由北向南运动的过程中，由于惯性，物体随地球自转的线速度相对地表显得慢了，因此表现出向前进方向的右侧偏转的现象。“地转偏向力”对地球上所有移动的物体，例如运行的高铁、火箭发射等都会产生影响，“地转偏向力”在极地最显著，向赤道方向逐渐减弱直到消失在赤道处。1851年，法国物理学家傅科在巴黎的教堂用摆长、直径约、质量为的铁球制成的单摆（傅科摆），通过观察“地转偏向力”对单摆运动产生的影响可以证实地球在自转。 根据以上两则材料信息，结合所学知识，下面分别与材料对应的选项，说法正确的是（　　） A．材料I中，若列车在赤道自东向西以相对地面为行驶，增大的压力为 B．材料I中，减小的压力为 C．材料II中，在地球南半球，由南向北运动的高铁，在前进方向上对轨道的左侧压力小于右侧压力 D．材料II中，北京天文馆里的傅科摆在摆动过程中，摆动平面沿顺时针方向（偏视）不断偏转 【答案】BD 【详解】AB．由于地球自转的影响，轨道对列车的支持力，解得 当列车以相对地面的速度为，沿水平轨道向东行驶，轨道对列车的支持力为， 则，解得，联立解得 故B正确，A错误； C．在地球南半球，由南向北运动的高铁，在地球偏向力的作用下会向前进的方向的左偏转，则在前进方向上对轨道的左侧压力大于右侧压力，故C错误； D．在北半球，物体会在前进的方向的右侧偏转，故北京天文馆里的傅科摆在摆动过程中，摆动平面沿顺时针方向（俯视）不断偏转，故D正确。 故选BD。 能量与动量 1．（2023北大附三模）复兴号动车在世界上首次实现速度350km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车从静止开始以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内（　　） A．牵引力保持不变 B．加速度逐渐变大 C．牵引力的功率 D．牵引力做功 【答案】C 【解析】A．动车从静止开始以恒定功率P在平直轨道上运动，由，可知在动车加速过程中牵引力减小，故A错误； B．由牛顿第二定律可得，可知动车加速过程中加速度逐渐减小，故B错误； C．牵引力的功率，故C正确； D．由动能定理可知，动车行驶过程牵引力和阻力做功，牵引力做功为，故D错误。 故选C。 2．（2024顺义高三上学期期中）如图所示，京张高铁将北京到张家口的通行时间缩短在1小时内，成为2022年北京冬奥会重要的交通保障设施。假设此高铁动车启动后沿平直轨道行驶，发动机的功率恒为，且行驶过程中受到的阻力大小恒定。已知动车的质量为，最高行驶速度。则下列说法正确的是（　　） A．由题目信息可估算京张铁路的全长为350km B．行驶过程中动车受到的阻力大小为 C．当动车的速度为时，动车的加速度大小为 D．从启动到速度为的过程中，动车牵引力所做的功为 【答案】C 【解析】A．由题所给信息，只知道动车的最高时速，不知道其平均速度，因此无法估算京张铁路的全长，故A错误； B．当动车达到最大速度时，动车所受牵引力大小等于其所受阻力大小，根据功率与牵引力的关系可知，有，因此行驶过程中动车受到的阻力大小为，故B错误； C．当动车的速度为时，动车所受牵引力，根据牛顿第二定律有，解得，故C正确； D．从启动到速度为的过程中，对动车由动能定理有，可得动车牵引力所做的功为，式中表示该过程中克服阻力所做的功，故D错误。 故选C。 磁悬浮技术与电动制动 1．（2024北师大附属实验中学零模）世界多国都在加紧研制真空管道超高速磁悬浮列车，某研发团队想要探究其电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装N匝正方形线框abcd，边长为L，线框总电阻为R。其平面与水平轨道平行，小车总质量为m，其俯视图如图所示，小车到站需要减速时，在前方虚线PP'和QQ'之间设置一竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。宽度为H，且H>L.若小车关闭引擎即将进入磁场前的速度为v0，在行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计，不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。 （1）cd边刚进入磁场时线框内感应电流的大小和方向： （2）cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小： （3）若小车完全进入磁场时速度为，求在此过程中通过线圈的电荷量和线圈产生的焦耳热。 【答案】（1），a→d→c→b→a；（2）；（3）； 【解析】（1）cd边刚进入磁场时线框内感应电动势为 感应电流的大小为，根据右手定则可判断感应电流方向为a→d→c→b→a。 （2）cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小为a，则有，联立解得 （3）若小车完全进入磁场时，有，，，联立解得， 解得在此过程中通过线圈的电荷量为 根据能量守恒定律有，解得线圈产生的焦耳热为 2．（2022西城二模）近年来，我国高速铁路迅速发展，已成为国家新名片。高铁动车组在制动过程中采用“再生制动”方式，将列车的动能转化为可再生利用的能量，有效降低能耗。一种再生利用的方式是将列车甲制动产生的电能，提供给同一电网下处于启动状态的列车乙。此过程可简化为如图所示的模型：固定在水平地面上的足够长的平行金属导轨，处于竖直方向的匀强磁场中；甲、乙是两根相同的金属棒，放在导轨上，与导轨良好接触，且始终与导轨保持垂直。已知磁场的磁感应强度大小为B，导体棒质量均为m，电阻均为R，长度与导轨间距相等，均为l；导体棒甲、乙在导轨上运动时，受到的摩擦阻力大小均为f；时，导体棒甲的速度大小为，方向向左，导体棒乙的速度为0，不计导轨的电阻。 （1）当列车甲开始制动，即导体棒甲由速度开始减速时，求导体棒乙获得的电磁牵引力的大小和方向。 （2）根据法拉第电磁感应定律，证明在制动过程中，导体棒中的电流i与两导体棒的速度差的关系为。 （3）已知当导体棒甲经过位移x1，速度从减到时，乙不能再加速，此时再生制动结束。为了求得这一过程中导体棒乙的位移x2，某同学的分析计算过程如下 设当再生制动结束时导体棒乙的速度为此时导体棒乙受到的安培力等于阻力f，可得①由①式可解得根据功能关系②由②式可求得导体棒乙的位移x2 请你判断这位同学的解法是否正确，并说明理由。 【答案】（1）；方向与v0方向相同；（2）见解析；（3）见解析； 【解析】（1）导体棒甲产生的感应电动势E0=Blv0，回路的电流 导体棒乙受到的电磁牵引力，解得，方向与v0方向相同； （2）若两导体棒的速度差，则在时间∆t内磁通量的变化量 根据可得，，感应电流 （3）对整个系统由能量守恒定律可知，整个过程中，甲车的动能减小量一部分转化为乙的动能，一部分要克服两车的阻力做功，还有一部分转化为整个回路的焦耳热，则能量关系式②是错误的。 3．（2022朝阳高三上学期期末）当磁场相对于导体运动时，会带动导体一起运动，这种作用称为“电磁驱动”．“电磁驱动”在生产生活中有着非常广泛的应用． （1）如图所示，两条相距的平行金属导轨位于同一水平面内，其左端接一阻值为的电阻．矩形匀强磁场区域的磁感应强度大小为、方向竖直向下，金属杆位于磁场区域内且静置在导轨上．若磁场区域以速度匀速向右运动，金属杆会在安培力的作用下运动起来．除外其它电阻不计．请判断金属杆中的感应电流方向，并计算金属杆初始时电流的大小； （2）某种磁悬浮列车的驱动系统可简化为如下模型：固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为，金属框置于平面内，长为的边平行于轴，宽为的边平行于轴，如图所示．列车轨道沿方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度沿方向按正弦规律分布，其空间周期为，最大值为，如图所示，且金属框同一长边上各处的磁感应强度均相同．当整个磁场以速度沿方向匀速平移时，磁场对金属框的作用力充当驱动力，使列车沿方向加速行驶．某时刻，列车速度为，边所在位置的磁感应强度恰为．设在短暂时间内，、边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力． ①若，求此刻列车的驱动力的大小； ②为使列车在此刻能获得最大驱动力，请写出与之间应满足的关系式，并计算最大驱动力的瞬时功率． 【答案】（1）由到；；（2）①；②，为 【解析】（1）根据楞次定律和安培定则可知金属杆中的电流由到， 金属杆初始时电流，代入数据解得：． （2）①边所在位置的磁感应强度恰为．若，则边所在位置的磁感应强度恰为，此刻列车的驱动力 ②为使列车在此刻能获得最大驱动力，边和边应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方，这会使得金属框受到的安培力最大，因此因为的奇数倍即 最大驱动力的瞬时功率． 4．（2021顺义一模）利用超导体可以实现磁悬浮，如图甲是超导磁悬浮的示意图。在水平桌面上有一个周长为L的超导圆环，将一块永磁铁沿圆环中心轴线从圆环的正上方缓慢向下移动，由于超导圆环与永磁铁之间有排斥力。结果永磁铁能够悬浮在超导圆环的正上方高处。 （1）从上向下看，试判断超导圆环中的电流方向。 （2）若此时超导圆环中的电流强度为。圆环所处位置的磁感应强度为、磁场方向与水平方向的夹角为θ1（如图乙），图丙是图乙中A点处的电流元及磁场正面视角的二维平面图。 a.请在图丙上画出该电流元所受安培力的方向。 b.图乙中整个超导圆环所受的安培力的合力F的方向。 c.图乙中整个超导圆环所受的安培力的合力F的大小。 （3）在接下来的几周时间内，发现永磁铁在缓慢下移。经过较长时间，永磁铁的平衡位置变为离桌面高处。有一种观点认为超导体也有很微小的电阻率，只是现在一般仪器无法直接测得超导圆环内电流的变化造成了永磁铁下移，若已知永磁铁在高处时，圆环所处位置的磁感应强度大小为，磁场方向与水平方向的夹角为，永磁铁的质量为m，重力加速度为g。 a.永磁铁的平衡位置变为离桌面高处时，求超导圆环内的电流强度； b.若超导圆环中的电流强度的平方随时间变化的图像如图丁所示，且超导圆环的横截面积为S，求该超导圆环的电阻率。 【答案】（1）逆时针；（2）a.见解析，b.竖直向下，c.；（3）a.，b. 【解析】（1）将超导圆环等效为一个小磁体，根据图甲可知永磁铁下端为N极，由于超导圆环与永磁铁之间有排斥力，可知，超导圆环上侧为等效磁体的N极，根据安培定则可知从上向下看，超导圆环中的电流方向为逆时针。 （2）a.根据上述，结合左手定则可知，电流元所受安培力的方向垂直于磁场指向右下方，如图所示 b.将超导圆环分割成多个电流元，根据对称性可知，每个电流元水平方向的安培力合力为0，则图乙中整个超导圆环所受的安培力的合力F的方向竖直向下。 c.将超导圆环分割成n个电流元，令电流元的长度为，则电流元所受安培为 整个超导圆环所受的安培力的合力为，其中，解得 （3）a.永磁铁处于静止状态，对其分析有 根据牛顿第三定律可知，整个超导圆环所受的安培力的合力为 根据（2）中所上述可知，，解得 b.超导体也有很微小的电阻率，令其电阻为R，则有 永磁铁的平衡位置变为离桌面高处过程有 根据焦耳定律有，变形有 可知图像中图线与时间轴所围几何图形的面积表示， 根据图丁可知，解得， 根据上述有，解得。 供电技术 1．（2024重庆大足中学模拟）自耦变压器在高铁技术中被广泛应用。如题图所示，一理想自耦变压器接在的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G，A1和A2为理想交流电表，定值电阻，下列说法正确的是（　　） A．电流表A1的示数为0.22A B．电阻R在1分钟时间里产生的热量约为11.6kJ C．将P向上滑动，A2的示数将变大 D．将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的 【答案】B 【解析】A．根据理想变压器电压规律可得，，解得，根据欧姆定律可得，根据，解得，故A错误； B．电阻R在1分钟时间里产生的热量约为，故B正确； C．将P上滑时，升压比变大，副线圈电压减小，再根据闭合电路欧姆定律可得A2示数变小，故C错误； D．若将P向上滑动到CG的中点，升压比将从变为，电阻R的电压将变为原来的倍，电阻功率将变为原来的，故D错误。 故选B。 1．（2024广东一模）如图为高铁供电流程的简化图，牵引变电所的理想变压器将电压为的高压电进行降压；动力车厢内的理想变压器再把电压降至，为动力系统供电，此时动力系统的电流为，发电厂的输出电流为；若变压器的匝数，则下列关系式正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解析】AB．由变压器的原副线圈的电压关系可知，，其中，，可得，选项AB错误； CD．由变压器的原副线圈的电流关系可知，，其中，可得，，选项C错误，D正确。故选D。 1．（2024山西吕梁模拟）高铁常用磁刹车系统，某同学为研究其工作原理让铜盘处于磁场方向均垂直于其平面的磁场中进行实验。如图甲：圆形匀强磁场区域与铜盘是同心圆且面积小于铜盘面积；如图乙，磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度从左到右减小；如图丙，匀强磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度随时间均匀减小；如图丁，圆形匀强磁场区域处于铜盘的一侧。现给铜盘一初始角速度，整个过程忽略空气阻力和摩擦阻力的影响，忽略铜盘厚度，则铜盘能停下来的是（　　） A．图甲 B．图乙 C．图丙 D．图丁 【答案】BD 【解析】AB．图甲中圆形匀强磁场区域与铜盘是同心圆且面积小于铜盘面积，可知在铜盘转动过程中，穿过铜盘的磁通量并不会发生改变，因此没有感应电流产生；而乙图中磁场的磁感应强度从左到右减小，因此在铜盘转动时，穿过铜盘某一面积的磁通量将不断发生改变，铜盘内将有涡流产生，铜盘将受到安培力的阻碍作用从而停止运动，故A错误，B正确； C．图丙中匀强磁场区域与甲相同，但磁场的磁感应强度随时间均匀减小，可知穿过铜盘的磁通量发生改变，由于磁感应强度随时间均匀减小，因此铜盘中将产生恒定大小的感应电流，但铜盘受安培力的合力为零，不产生电磁阻尼的作用，因此铜盘不会停止运动，故C错误； D．图丁中圆形匀强磁场区域处于铜盘的一侧，则在铜盘运动时，铜盘将切割磁感线从而产生感应电流，因此铜盘会在安培力的作用下停止运动，故D正确。故选BD。 2．（2020天津南开区二模）如图a所示，超级高铁是一种以“真空管道运输”为理论核心设计的交通工具，它具有超高速、低能耗、无噪声、零污染等特点。如图b所示，已知管道中固定着两根平行金属导轨MN、PQ两导轨的间距为，运输车的质量为m，横截面是半径为r的圆。运输车上固定着间距为D、与导轨垂直的两根导体1和2，每根导体棒的电阻为R，每段长度为D的导轨的电阻也为R。其他电阻忽略不计，重力加速度为g。 （1）如图c所示，当管道中的导轨平面与水平面成角时，运输车恰好能无动力地匀速下滑。求运输车与导轨间的动摩擦因数μ； （2）在水平导轨上进行实验，不考虑摩擦及空气阻力。 ①当运输车由静止离站时，在导体棒2后间距为D处接通固定在导轨上电动势为E的直流电源，此时导体棒1、2均处于磁感应强度为B，垂直导轨平面向下的匀强磁场中，如图d所示。求刚接通电源时运输车的加速度的大小；（电源内阻不计，不考虑电磁感应现象） ②当运输车进站时，管道内依次分布磁感应强度为B，宽度为D的匀强磁场，且相邻的匀强磁场的方向相反。求运输车以速度v0从如图e通过距离D后的速度v。 【答案】（1）；（2）①；② 【解析】（1）设轨道对运输车的支持力为N1、N2，在垂直斜面方向上，受力分析如图所示 则可知 在沿斜面方向上，对运输车进行受力分析可知，代入数据，整理得 （2）①运输车离站时，电路图如图所示 根据电阻的串关联关系，回路总电阻，总电流 1、2两导体棒受安培力方向相同，受到的合力，而， 根据牛顿第二定律，联立可得，加速度大小 ②运输车进站时，电路如图所示 当车速为v时，由法拉第电磁感应定律 根据闭合电路的欧姆定律 每个导体棒所受的安培力，代入数据，运输车所受的合力 选取一小段时间∆t，运输车速度的变化量为∆v，由动量定律 由于，上式变为，两边求和，解得 1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$