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利用超導(dǎo)體可以實現(xiàn)磁懸浮,如圖甲是超導(dǎo)磁懸浮的示意圖。在水平桌面上有一個周長為L的超導(dǎo)圓環(huán),將一塊永磁鐵沿圓環(huán)中心軸線從圓環(huán)的正上方緩慢向下移動,由于超導(dǎo)圓環(huán)與永磁鐵之間有排斥力。結(jié)果永磁鐵能夠懸浮在超導(dǎo)圓環(huán)的正上方h1高處。
(1)從上向下看,試判斷超導(dǎo)圓環(huán)中的電流方向。
(2)若此時超導(dǎo)圓環(huán)中的電流強(qiáng)度為I1。圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1、磁場方向與水平方向的夾角為θ1(如圖乙),圖丙是圖乙中A點處的電流元及磁場正面視角的二維平面圖。
a.請在圖丙上畫出該電流元所受安培力的方向。
b.圖乙中整個超導(dǎo)圓環(huán)所受的安培力的合力F的方向。
c.圖乙中整個超導(dǎo)圓環(huán)所受的安培力的合力F的大小。
(3)在接下來的幾周時間內(nèi),發(fā)現(xiàn)永磁鐵在緩慢下移。經(jīng)過較長時間t0,永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面h2高處。有一種觀點認(rèn)為超導(dǎo)體也有很微小的電阻率,只是現(xiàn)在一般儀器無法直接測得超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)電流的變化造成了永磁鐵下移,若已知永磁鐵在h2高處時,圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2,磁場方向與水平方向的夾角為θ2,永磁鐵的質(zhì)量為m,重力加速度為g。
a.永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面h2高處時,求超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)的電流強(qiáng)度I2;
b.若超導(dǎo)圓環(huán)中的電流強(qiáng)度的平方隨時間變化的圖像如圖丁所示,且超導(dǎo)圓環(huán)的橫截面積為S,求該超導(dǎo)圓環(huán)的電阻率ρ。
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【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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