Question

【題目】從“綠皮車”到“磁懸浮”

在東城區(qū)明城墻遺址公園的南側(cè)，有一幢建筑風(fēng)格特異的紅色鐵皮屋頂?shù)姆孔樱�它�?901年建成的京奉鐵路信號(hào)所原址，信號(hào)所旁邊遺留著一段京奉鐵路的鐵軌，如圖所示。這座老建筑和這段老鐵軌見(jiàn)證著我國(guó)軌道交通的不斷發(fā)展。2007年4月我國(guó)第一列火車動(dòng)車組開(kāi)通，以內(nèi)燃機(jī)為原動(dòng)力的綠皮火車，正在陸續(xù)被更快速、更舒適、更環(huán)保的軌道交通方式所取代，使城市之間的通行時(shí)間大大縮短。目前，在我國(guó)高鐵動(dòng)車發(fā)展建設(shè)的同時(shí)，磁懸浮列車的研發(fā)和試運(yùn)行也在緊張有序地進(jìn)行中。

一般磁懸浮列車有兩種形式：一種是利用同名磁極相互相斥的原理而設(shè)計(jì)的電磁力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)行。另一種則是利用異名磁極相互吸引的原理設(shè)計(jì)的電磁力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持毫米的氣隙，使感應(yīng)鋼板的吸引力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。

我們可以預(yù)見(jiàn)，隨著超導(dǎo)材料和超低溫技術(shù)的發(fā)展，修建磁浮鐵路的成本會(huì)大大降低，磁懸浮列車需要的技術(shù)及性能要求將逐漸成熟。到那時(shí)，磁懸浮列車作為一種快速、舒適的“綠色交通工具”，將會(huì)飛馳在祖國(guó)的大地上。

小東同學(xué)在某次游學(xué)活動(dòng)中，乘坐G503次高鐵從北京西至武漢站。列車從北京西出發(fā)時(shí)刻為14時(shí)43分，當(dāng)天19時(shí)43分抵達(dá)武漢站，若北京西至武漢站總旅程是1230km，則小東同學(xué)乘坐該次列車的平均速度是______。

如圖甲、乙所示是兩種實(shí)驗(yàn)型號(hào)的磁懸浮列車的橫截面結(jié)構(gòu)圖，其中______選填“甲”或“乙”圖所示型號(hào)的磁懸浮列車?yán)�用了同名磁極相互排斥的原理。

結(jié)合所學(xué)的物理知識(shí)，你認(rèn)為超導(dǎo)磁懸浮列車與普通列車相比有哪些優(yōu)勢(shì)？目前階段你認(rèn)為制約超導(dǎo)磁懸浮列車大規(guī)模發(fā)展的原因是什么________？各提一條即可

Answer 1

【答案】 246 乙 見(jiàn)解析所示

【解析】分析：（1）知道該列車從北京西出發(fā)時(shí)間以及到站時(shí)間，可求列車的運(yùn)行時(shí)間，又知道由北京西到武漢站的路程，利用速度公式求列車由北京西到武漢站這段路程中的平均速度；

（2）磁極間的作用規(guī)律：同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引，結(jié)合實(shí)際實(shí)用情況分析解答。

（3）①結(jié)合磁懸浮列車的工作原理即可找出其優(yōu)點(diǎn)；

②某些金屬、合金和化合物的電阻率隨溫度的降低會(huì)突然減小為零，這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象。發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象時(shí)的溫度叫”臨界溫度”；據(jù)此回答。

解答：（1）列車由14：43從北京西出發(fā)，19：43到達(dá)武漢站，所以列車的運(yùn)行時(shí)間t=19：43-14：43=5h，由北京西到武漢站的路程s=1230km，則小東同學(xué)乘坐該次列車的平均速度：

。

（2）①如甲圖列車上磁體上端的磁極和軌道上磁體下端的磁極應(yīng)該是異名的，利用異名磁極互相吸引的原理將車身托起，使列車懸浮與鐵軌是相互分離；車身托起，列車和軌道分離，減小了列車對(duì)鋼軌的壓力，從而減了小摩擦阻力，提高了運(yùn)行速度。

如乙圖列車上磁體上端的磁極和軌道上磁體下端的磁極應(yīng)該是同名的，利用同名磁極相互排斥的原理將車身托起，使列車懸浮與鐵軌是相互分離，但是運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)左右偏移，不如甲圖安全。

②超導(dǎo)磁懸浮列車與普通列車相比優(yōu)勢(shì)有：磁懸浮列車和軌道的接觸面分離，減小摩擦力，所以具有：高速、舒適、無(wú)噪聲、無(wú)污染、低能耗等優(yōu)點(diǎn)。

制約超導(dǎo)磁懸浮列車大規(guī)模發(fā)展的原因：超導(dǎo)體需要在很低的溫度下才能實(shí)現(xiàn)，所以低溫技術(shù)是制約超導(dǎo)磁懸浮列車大規(guī)模發(fā)展的原因。

故答案為：（1）246；（2）乙；（3）高速、舒適、無(wú)噪聲、無(wú)污染、低能耗；低溫技術(shù)。