磁悬浮铁路系统是一种新型的交通运输系统,它是利用电磁系统产生的排斥力将车辆托起,使整个列车悬浮在导轨上,同时利用电磁力进行驱动,采用直线电机模式获得驱动力的列车可简化为如下情境:固定在列车下端的矩形金属框随车平移;轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场,磁感应强度沿Ox方向按正弦规律分布,最大值为B
0,其空间变化周期为2d,整个磁场以速度v
1沿Ox方向向前高速匀速平移,列车以速度V
2沿Ox方向匀速行驶,且v
1>v
2,从而产生感应电流,受到的安培力即为列车向前行驶的驱动力.设金属框电阻为R,长PQ=L,宽NP=d,求:
(1)如图为列车匀速行驶时的某一时刻,设为t=0时刻,MN、PQ均处于磁感应强度最大值处,此时金属框内感应电流的大小和方向.
(2)从t=0时刻起列车匀速行驶S距离的过程中,矩形金属线框产生的焦耳热.
(3)列车匀速行驶时所获得的最大驱动力的大小,并定性画出驱动力功率随时间变化在2d/v
1-v
2时间内的关系图线.