2023年最新的磁悬浮列车18篇

1、第 PAGE128 页 共 NUMPAGES128 页2023年最新的磁悬浮列车18篇淮北王景民物理工作室2023年3月 如图所示，两条光滑的绝缘导轨，导轨的水平部分与圆弧部分平滑连接，两导轨间距为L，导轨的水平部分有n段相同的匀强磁场区域（图中的虚线范围），磁场方向竖直向上，磁场的磁感应强度为B，磁场的宽度为S，相邻磁场区域的间距也为S，S大于L，磁场左、右两边界均与导轨垂直。现有一质量为m，电阻为r，边长为L的正方形金属框，由圆弧导轨上某高度处静止释放，金属框滑上水平导轨，在水平导轨上滑行一段时间进入磁场区域，最终线框恰好完全通过n段磁场区域。地球表面处的重力加速度为g，感应电流的磁场可以

2、忽略不计，求： （1）刚开始下滑时，金属框重心离水平导轨所在平面的高度 （2）整个过程中金属框内产生的电热 （3）金属框完全进入第k（kn）段磁场区域前的时刻，金属框中的电功率 答案：（1）设金属框在进入第一段匀强磁场区域前的速度为v0，金属框在进入和穿出第一段匀强磁场区域的过程中，线框中产生平均感应电动势为 平均电流强度为（不考虑电流方向变化） 由动量定理得： 同理可得： 整个过程累计得： 解得： 金属框沿斜面下滑机械能守恒： （2）金属框中产生的热量Qmgh Q （3）金属框穿过第（k1）个磁场区域后，由动量定理得： 金属框完全进入第k个磁场区域的过程中，由动量定理得： 解得： . 功率：

3、 如图16所示，正方形导线框abcd的质量为m、边长为l，导线框的总电阻为R。导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上方某处由静止自由下落，下落过程中，导线框始终在与磁场垂直的竖直平面内，cd边保持水平。磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，磁场上、下两个界面水平距离为L。已知cd边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动。重力加速度为g. （1）求cd边进入磁场时导线框的速度大小； （2）请证明：导线框cd边在磁场中运动的任意瞬间，导线框克服安培力做功的功率等于导线框消耗的电功率； （3）求从导线框cd边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中，导线框克服安培力所做的功. 答案： 解：（1）设线框

4、cd边刚进入磁场时的速度为v，则cd边进入磁场过程时产生的感应电动势为E=Blv， （2）根据闭合电路欧姆定律，通过导线框的感应电流为 导线框受到的安培力为1分 因cd刚进入磁场时导线框做匀速运动，所以有，1分 以上各式联立，得：1分 （2）导线框cd边在磁场中运动时，克服安培力做功的功率为： 代入（1）中的结果，整理得：1分 导线框消耗的电功率为：1分 因此有1分 （3）导线框ab边刚进入磁场时，cd边即离开磁场，因此导线框继续做匀速运动. 导线框穿过磁场的整个过程中，导线框的动能不变. 设导线框克服安培力做功为W安，根据动能定理有1分 解得1分 (2023宣武)（8分）用质量为m、总电阻为

5、R的导线做成边长为l的正方形线框MNPQ，并将其放在倾角为的平行绝缘导轨上，平行导轨的间距也为l，如图所示。线框与导轨之间是光滑的，在导轨的下端有一宽度为l（即ab=l）、磁感应强度为B的有界匀强磁场，磁场的边界aa、bb垂直于导轨，磁场的方向与线框平面垂直。某一次，把线框从静止状态释放，线框恰好能够匀速地穿过磁场区域。若当地的重力加速度为g，求： （1）线框通过磁场时的运动速度； （2）开始释放时，MN与bb之间的距离； （3）线框在通过磁场的过程中所生的热。 答案： 解：（1）（共4分）线框在磁场区域做匀速运动时，其受力如图所示： F=mgsin 又安培力: F=BIl （1分） 感应电流

6、: I=E/R 感应电动势: E=Blv （1分） 解得匀速运动的速度: v=mgRsin/B2l2（2分） （2）（共2分）在进入磁场前，线框的加速度a=gsin （1分） 所以线框进入磁场前下滑的距离s= =（1分） （3）（共2分）过程中线框沿斜面通过了2 l的距离，所以：Q热=mg2lsin （5）综合应用 (2023海淀)（10分）如图18甲所示，长方形金属框下面简称方框），各边长度为、，方框外侧套着一个内侧壁长分别为及的型金属框架（下面简称型框），型框与方框之间接触良好且无摩擦。两个金属框的质量均为，边、边和边的电阻均为，其余各边电阻可忽略不计。将两个金属框放在静止在水平地面上的矩

7、形粗糙绝缘平面上，将平面的一端缓慢抬起，直到这两个金属框都恰能在此平面上匀速下滑，这时平面与地面的夹角为，此时将平面固定构成一个倾角为的斜面。已知两框与斜面间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力。在斜面上有两条与其底边垂直的、电阻可忽略不计，且足够长的光滑金属轨道，两轨道间的宽度略大于，使两轨道能与型框保持良好接触，在轨道上端接有电压传感器并与计算机相连，如图18乙所示。在轨道所在空间存在垂直于轨道平面斜向下、磁感强度大小为的匀强磁场。 （1）若将方框固定不动，用与斜面平行，且垂直边向下的力拉动型框，使它匀速向下运动，在形框与方框分离之前，计算机上显示的电压为恒定电压，求型框向下运动的速度多大；

8、（2）若方框开始时静止但不固定在斜面上，给型框垂直边沿斜面向下的初速度，如果型框与方框最后能不分离而一起运动，求在这一过程中电流通过方框产生的焦耳热； （3）若方框开始时静止但不固定在斜面上，给型框垂直边沿斜面向下的初速度，型框与方框将会分离。求在二者分离之前型框速度减小到时，方框的加速度。 注：两个电动势均为、内阻均为的直流电源，若并联在一起，可等效为电动势仍为，内电阻为的电源；若串联在一起，可等效为电动势为，内电阻为的电源。 答案： 解：（1）当U型框以速度v运动时，在与方框分离之前，方框ab边和cd边为外电路，PQ边为电源，它产生的感应电动势1分 内电路电阻为r，外电路电阻为0.5r，

9、1分 解得1分 （2）由于两金属框在斜面上恰能匀速下滑，所以沿斜面方向两个金属框所受合力为零，因此两个金属框组成的系统沿斜面方向动量守恒。 1分 设二两个金属框一起运动的共同速度为，则，解得 两个框产生的焦耳热 1分 设方框产生的焦耳为， 则1分 解得 1分 （3）设U型框速度为时，方框的速度为，二框组成的系统沿斜面方向动量守恒， 则， 解得 框组成回路的总电动势 1分 两框组成回路中的电流1分 方框受到的安培力即为合外力 根据牛顿第二定律解得此时方框的加速度 1分 磁悬浮列车是一种高速运载工具，它具有两个重要系统。一是悬浮系统，利用磁力（可由超导电磁铁提供）使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接

10、触从而减小阻力。另一是驱动系统，即利用磁场与固定在车体下部的感应金属框相互作用，使车体获得牵引力，图22是实验列车驱动系统的原理示意图。在水平面上有两根很长的平行轨道PQ和MN，轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2，且B1和B2的方向相反，大小相等，即B1=B2=B。在列车的底部固定着绕有N匝相同的闭合矩形金属线圈，并且与之绝缘。整个线圈的总电阻为R，每个矩形金属线圈abcd垂直轨道的边长Lab=L，且两磁场的宽度均与金属线圈ad的边长相同（列车的车厢在图中未画出）。当两磁场Bl和B2同时沿导轨方向向右运动时，金属框也会受到向右的磁场力，带动列车沿导轨运动。已知列车车厢及线圈的总质量为M，

11、整个线圈的电阻为R。 （1）假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车，为使列车能随磁场运动，列车所受总的阻力大小应满足的条件； （2）设列车所受阻力大小恒为f，假如使列车水平向右以速度v做匀速运动，求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量； （3）设列车所受阻力大小恒为f，假如用两磁场由静止沿水平向右做匀加速运动来起动列车，当两磁场运动的时间为t1时，列车也正在以速度v1向右做匀加速直线运动，求两磁场开始运动后到列车开始起动所需要的时间t0。 答案：（12分） 解：（1）列车静止时，电流最大，列车受到的电磁驱动力最大设为Fm，此时，线框中产生的感应电动势 E1=2NBLv0

12、线框中的电流 I1= 整个线框受到的安培力 Fm=2NBI1L 列车所受阻力大小为 (4分) （2）当列车以速度v匀速运动时，两磁场水平向右运动的速度为v，金属框中感应电动势 金属框中感应电流 又因为 求得 (2分) 当列车匀速运动时，金属框中的热功率为 P1 = I2R 克服阻力的功率为 P2 = fv 所以可求得外界在单位时间内需提供的总能量为E= I2R +fv= (2分) （3）根据题意分析可得，为实现列车最终沿水平方向做匀加速直线运动，其加速度必须与两磁场由静止开始做匀加速直线运动的加速度相同，设加速度为a，则t1时刻金属线圈中的电动势 金属框中感应电流 又因为安培力 所以对列车，由

13、牛顿第二定律得 解得 (2分) 设从磁场运动到列车起动需要时间为t0，则t0时刻金属线圈中的电动势 金属框中感应电流 又因为安培力 所以对列车，由牛顿第二定律得 解得 (2分) 磁悬浮列车(2) 超导磁悬浮列车的原理 磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可达每小时500公里以上，比轮轨高速列车的300多公里还要快。磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年，德国工程师赫尔曼肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年以后，随着世界工业化国家经济

14、实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本等发达国家以及中国都相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 工作原理磁悬浮列车利用“同极相斥，异极相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。 日本JR磁悬浮MLX01-2实验车 由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设

15、计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持1015毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 通俗的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那

16、个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。 磁悬浮列车 稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。 常导型 磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼肯佩尔于1922年提出。 “常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将

17、电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电 时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。 上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达1300米。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。 上海磁悬浮列车专线西起上海轨道交通2号线的龙阳路站，东至上海浦东国际机场，专线全

18、长29863公里。由中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线2023年3月1日在浦东挖下第一铲，2023年12月31日全线试运行，2023年1月4日正式开始商业运营。是世界第一条商业运营的磁悬浮专线。 这列当今世界上最酷的列车，带车头的车厢长27.196米，宽3.7米。中间的车厢长24.768米，14分钟内能在上海市区和浦东机场之间打个来回。置身其中，您将亲身体验到这架“陆地客机”所带来的奇异感受。 它是21 世纪理想的超级特别快车，世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前，中国和日本、德国、英国、美国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验，即将进入实用阶段，运行时速可达500

19、千米以上。 列车动能 “常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。 概述 磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三部分所采用的技术进行介绍。 悬浮系统 目前悬浮系统的设计，可以

20、分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。 磁悬浮列车 （EMS）是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互排斥产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导

21、向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。 （EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。 超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特

22、性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。 Linear Motor 原理图解 超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧，车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生磁波，这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力，正是这种推力推动列车前进。其原理就像冲浪运动一样，冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推动他快速前进的。与冲浪者所面对的难题相同，超导磁悬浮列车要处理的

23、也是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题。为此，在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式，精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。 推进系统 磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一

24、样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。 导向系统 导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。 编辑本段列车类型综述 “空轨磁悬浮”的轨道由钢架支起，在车的正上方，远远看去，就像是车被悬挂在空中一样 磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。 简单地说，从内部技术而言，两者在系统上存在着是利用磁斥力、还是利用磁吸力的区别。从外部表象而言， 实

25、用型 2023年6月15日，国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车，在中国北车唐山轨道客车有限公司下线后完成列车调试，开始进行线路运行试验，这标志着我国已经具备中低速磁悬浮列车产业化的制造能力。中低速磁悬浮列车是一种新近发展起来的轨道交通装备，性能卓越，适用于大中城市市内、近距离城市间、旅游景区的交通连接，市场前景广阔。中低速磁悬浮列车利用电磁力克服地球引力，使列车在轨道上悬浮，并利用直线电机推动前进。与普通轮轨列车相比，具有噪声低，振动小，线路敷设条件宽松、建造成本低，易于实施，易于维护等优点，而且由于其牵引力不受轮轨间的粘着系数影响，使其爬坡能力强，转弯半径小，是舒适、安全、

26、快捷、环保的绿色轨道交通工具，在各种交通方式中具有独特的优势。中低速磁悬浮列车项目是唐车公司与北京控股磁悬浮技术发展有限公司、国防科学技术大学等共同开展的磁悬浮技术工程化应用研发项目，被科技部列入国家“十一五”科技支撑计划。 2023年7月，首辆中低速磁悬浮工程化样车在唐车公司问世，并投入试验运行 2023年5月，唐车公司建成了长达1.547公里的国内首条中低速磁悬浮列车工程化试验示范线，科技部将其确立为国家科技支撑计划中低速磁悬浮交通试验基地。 2023年5月13日，国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车在唐车公司完成组装，顺利下线，并随即开始进行列车调试。该车在原有工程化样车

27、基础上进行了大量实用化改进，整列车为3辆编组模式，由2辆结构相同的端车和1辆中间车组成，运行时速为100到120公里，首尾车定员为每辆100人，中间车为120人，使用寿命在25年以上。 该车采用铝合金车体、宽幅车身，供电电压由直流750伏提高到直流1500伏，噪音低、无辐射、运行安全可靠，爬坡能力达到70的水平，更加适合在城市复杂线路运行，并大幅降低了线路建设拆迁成本。 其他类型 利用磁铁吸引力使车辆浮起来的磁悬浮列车，用的是“T”形导轨，车辆的两侧下部向导轨的两边环抱。在车辆的下部的内翻部分面上装有磁力强大的电磁铁，导轨底部设有钢板。钢板在上，电磁铁在下。 所谓电磁铁，就是一个金属线圈，当电

28、流流经线圈时，能产生磁力吸引钢板，因而车辆被向上抬举。当吸引力与车辆重力平衡，车辆就可悬浮在导轨上方的一定高度上。改变电流，也就改变磁场强度，使悬浮的高度得到调整。另一种磁悬浮列车，采用相斥磁力使车辆浮起。它的轨道是“U”形的。当列车向前运动时，车辆下面的电磁铁就使埋在轨道内的线圈中感应出电流，使轨道内线圈也变成了电磁铁，而且它与车辆下的磁铁产生相斥的磁力，把车辆向上推离轨道。 利用相斥磁力悬浮的列车，一开动很快就可以加速到时速50公里，跑了5060米的距离之后，便在轨道上悬浮起来。列车沿着地面越“飞”越快，目前最高可以达每小时550公里（理论上可以到更高速）。 磁悬浮列车的发展，将使地面交通

29、发生革命性的变化。它速度快，运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。 磁悬浮列车(3) 物理小论文 专业： 姓名： 学号： 班号： 日期：2023年12月17日 磁悬浮列车的原理分析 摘要：本学期学习了电磁学的很多知识，磁悬浮列车便是磁学部分在生活中的主要应用。所以这个小论文介绍磁悬浮列车的原理。本文主要分为两个部分，第一部分分析磁悬浮列车悬浮的原理、后一部分介绍磁悬浮列车前行的原理。 关键字：磁悬浮，悬浮原理，前行原理，悬浮列车。 磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到500公里以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡

30、能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油，污染少等优点。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。那么，磁悬浮列车的工作原理是怎样的呢？ 一悬浮列车悬浮的原理 列车之所以能够悬浮在轨道上方做简单说明:磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的

31、电流，使电磁铁和导轨间保持1015毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 1.常导磁吸式(EMS) 利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳，使直线电机有较高的功率， 必须精确地控制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导轨之间保持大约 10mm的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮，对控制系统的要求也

32、可以稍低一些。 2.超导磁斥式 日本磁悬浮铁路ML系统使用低温超导技术。它用液氮作为冷冻液，当线圈绕组达到-269摄氏度的温度时车载线圈绕组即进入超导状态。为了提高磁悬浮车辆上超导材料的稳定性，日本使用铌钛合金作为线圈绕组材料。 日本超导磁悬浮系统的悬浮力来自于车辆两侧。在导轨两侧的侧壁上，排列着一组组的导向绕组。当车辆高速通过时，车辆上的超导磁场会在导轨侧壁的悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场。控制每组悬浮绕组上侧的磁场极性与车辆超导磁场的极性相反从而产生引力，下侧极性与超导磁场极性相同同而产生斥力，使得车辆悬浮起来。 由于导轨产生的悬浮磁场为感应磁场，列车运行速度越高则悬浮力越大。当列车运行

33、速度低于120km/h之后，所产生的悬浮力较小，不足以支撑车辆悬浮。故当运行速度低于120km/h时，日本的超导磁悬浮车辆需依靠安装在转向架底部的车轮支撑行驶。 二悬浮列车前行的原理 其次，磁悬浮列车的高速前进也是利用电磁体间的磁力完成的。 简单的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁铁。由于它 与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈，现在变为N

34、极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。 具体地讲超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧，车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生磁波，这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力，正是这种推力推动列车前进。其原理就像冲浪运动一样，冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推

35、动他快速前进的。与冲浪者所面对的难题相同，超导磁悬浮列车要处理的也是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题。为此，在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式，精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。 同时，列车的稳定由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。 参考文献：大学物理：胡海云，苟秉聪著。国防工业出版社。 磁悬浮

36、列车(4) 超导磁悬浮列车的原理 超导是超导电性的简称，它是指金属、合金或其它材料在低温条件下电阻变为零，电流通过时不会有任何损失的性质。当温度升高时，原有的超导态会变成正常的状态。超导现象是荷兰物理学家翁纳斯(H.K.Onnes，1853-1926年)首先发现的。 翁纳斯在1908年首次把最后一个永久气体氦气液化，并得到了低于4K的低温。1911年他在测量一个固态汞样品的电阻与温度的关系时发现，当温度下降到4.2K附近时，样品的电阻突然减小到仪器无法觉察出的一个小值(当时约为1 10 5)。由实验测出的汞的电阻率在4.2K附近的变化情况，该曲线表示在低于4.15K的温度下汞的电阻率为零。 电

37、阻率为零，即完全没有电阻的状态称为超导态。除了汞以外，以后又陆续发现有许多金属及合金在低温下也能转变成超导态，但它们的转变温度(或叫临界温度Tc)不同。 利用超导体的持续电流可做一个很有趣的悬浮实验。将一个小磁棒丢入一个超导铅碗内，可看到小磁棒悬浮在铅碗内而不下落。这是由于电磁感应使铅碗表面感应出了持续电流。根据楞次定律，电流的磁场将对磁棒产生斥力，磁棒越靠近铅碗，斥力就越大。最后这斥力可以大到足以抵消磁棒所受重力而使它悬浮在空中。 自1825年世界上第一条标准轨铁路出现以来,轮轨火车一直是人们出行的交通工具.然而,随着火车速度的提高,轮子和钢轨之间产生的猛烈冲击引起列车的强烈震动,发出很强的

38、噪音,从而使乘客感到不舒服.由于列车行驶速度愈高,阻力就愈大.所以,当火车行驶速度超过每小时300公里时,就很难再提速了. 如果能够使火车从铁轨上浮起来,消除了火车车轮与铁轨之间的摩擦,就能大幅度地提高火车的速度.但如何使火车从铁轨上浮起来呢科学家想到了两种解决方法：一种是气浮法,即使火车向铁轨地面大量喷气而利用其反作用力把火车浮起；另一种是磁浮法,即利用两个同名磁极之间的磁斥力或两个异名磁极之间磁吸力使火车从铁轨上浮起来.在陆地上使用气浮法不但会激扬起大量尘土,而且会产生很大的噪音,会对环境造成很大的污染,因而不宜采用.这就使磁悬浮火车成为研究和试验的的主要方法. 磁悬浮列车是一种采用无接触

39、的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。应用准确的定义来说，磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，再利用线性电机驱动列车运行。根据吸引力和排斥力的基本原理，国际上磁悬浮列车有两个发展方向。一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统-EMS系统，利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸引上来，悬空运行，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右，常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里，适合于城市间的长距离快速运输，但这与我们的话题没有什么太大的关系；另一个是我们今天的正题，它就是以日本为代表的排斥式悬

40、浮系统-EDS系统，它使用超导的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行，这种磁悬浮列车的悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500公里以上。这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的，都在把各自的技术推向实用化阶段。估计到下一个世纪，这两种技术路线将依然并存。 好，准备工作已经完成，下面我们就来介绍我们的超导磁悬浮列车。超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性.超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成,它不仅电流阻力为零,而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流,这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁. 超导磁悬

41、浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备,而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧,车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组,感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成.当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时,就会产生一个移动的电磁场,因而在列车导轨上产生磁波,这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力,正是这种推力推动列车前进.其原理就象冲浪运动一样,冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推动他快速前进的.与冲浪者所面对的难题相同,超导磁悬浮列车要处理的也是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题.为此,在地面导轨上安装有探测车辆

42、位置的高精度仪器,根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式,精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行. 超导磁悬浮列车也是由沿线分布的变电所向地面导轨两侧的驱动绕组提供三相交流电,并与列车下面的动力集成绕组产生电感应而驱动,实现非接触性牵引和制动.但地面导轨两侧的悬浮导向绕组与外部动力电源无关,当列车接近该绕组时,列车超导磁铁的强电磁感应作用将自动地在地面绕组中感生电流,因此在其感应电流和超导磁铁之间产生了电磁力,从而将列车悬起,并经精密传感器检测轨道与列车之间的间隙,使其始终保持100毫米的悬浮间隙.同时,与悬浮绕组呈电气连接的导向绕组也将产生电磁导向力,保证了列车在任何速度下都能稳定地处

43、于轨道中心行驶. 另外提一点超导磁悬浮列车的不足之处，以便于大家更好的了解磁悬浮列车。首先由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮,导向和驱动功能的,断电后磁悬浮的安全保障措施,尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题.其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验.其次，常导磁悬浮技术的悬浮高度较低,因此对线路的平整度,路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高.再次，超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大,冷却系统重,强磁场对人体与环境都有影响. 这样就是我们所见到的超导磁悬浮列车了，当然大多数的磁悬浮列车还处于试运行阶段，目前研制成功磁悬浮列车的国家有日本、德国、英国、加拿大、美国、

44、前苏联、中国、韩国，商业运营的磁悬浮列车目前只有中国，其他国家的是试验线而不是运营线，韩国2023年5月3日公开首辆磁悬浮列车(试运行)，并计划在2023年成为继中国之后第二个运行磁悬浮列车的国家。 另外，值得我们国人自豪的是我国是世界首个研制高温超导磁悬浮列车成功的国家，且首条试运行线路即将落户随州。 除超导磁悬浮列车外，超导技术在超导发电、输电和储能，超导计算机、超导天线、超导微波器件和热核聚变反应堆等很多地方都有非常广泛的应用。记得我们物理老师说过，超导是量子力学中最前沿的研究领域之一，也是当今物理学最重要的发展领域之一，超导有非常广泛的前景，希望有更多的人加入到超导的研究中来。 记录激

45、动时刻，赢取超级大奖！点击链接，和我一起参加2023：我的世界杯Blog日志活动！ 磁悬浮列车(5) 坐磁悬浮列车精选作文 你坐过磁悬浮列车吗？你知道什么叫磁悬浮列车吗？今天，我就带着这个问习题和爸爸妈妈去体验磁悬浮列车。 我们来到上海地铁2号线龙阳站，我们买好票，立马冲了进去，我们刚到站台，列车就奔过来了。这列车与一般的不同，它有两个扁扁的车头，一个长在前，一个长在尾。它还没有一个轮子，看起来像车身粘在轨道上。我们跟大家一起走进车厢，找到位子，坐下，等待列车开走。 过了几分钟，列车便开了起来。刚刚开车，我就估计会比杭州最快的列车还要快。突然，我感觉列车开得更快了，我一看，原来现在的时速已经到

46、达301公里。听说磁悬列车启动后39秒钟内就能到达最快速度，列车行驶时与轨道不接触，一般保持1厘米10厘米，爸爸告诉我，磁悬浮列车是利用磁板吸引力和排斥力的高科技交通工具。简单地说，排斥力使列车悬起来，吸引力让列车开动。但我不懂，爸爸说以后学了物理就会懂了。不过我可以告诉你们，坐在里面非常舒适，车内很干净，也很安静，位子很宽。磁悬浮列车不仅速度快，噪音小，无污染，而且寿命长。磁悬浮列车的寿命一般是35年，而普通轮轨列车的只有2025年。磁悬浮列车咯轨的寿命是80年，普通路轨的寿命只有60年。 突然广播里说终点站浦东国际机场到了。我一看，才用了7分钟。磁悬浮列车真快啊！一般的列车要开半小时，它只

47、要7分钟点就到了。 磁悬浮列车(6) 磁悬浮列车 王帆 磁悬浮列车是一种靠磁的推力与斥力来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因大大减小了铁轨的摩擦力。此其阻力只有空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可以达每小时500公里以上，比轮轨高速列车的300多公里还要快。磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年一位德国工程师提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界各个发达国家经济实力的不断加强，对铁路等各种运输的需求不断增加，德国、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 1、磁悬浮列车的原理 1.1 悬浮原理 磁浮总共有

48、3个基本原理。第一个原理是当靠近金属的磁场改变，金属上的电子会移动，并且产生电流。这就是应用了麦克斯韦的感生电动势，变化的磁场产生了电流。第二个原理就是电流的磁效应。当电流在电线或一块金属中流动时，会产生磁场。通电的线圈就成了一块磁铁。磁浮的第三个原理我们就再熟悉不过了，磁铁间会彼此作用，同极性相斥，异极性相吸。现在看看磁浮是如何作用的：磁铁从一块金属的上方经过，金属上的电子因磁场改变而开始移动，也就是电磁感应定律，（原理一）。电子形成回路，所以接着也产生了本身的磁场（原理二）也即是电流的磁效应。图4-1 以最简单的方式来表达这个过程，移动中的磁铁使金属中出现一块假想的磁铁。这块假想磁铁具有方

49、向性，因是同极性相对，因此会对原有的磁铁产生斥力。这个可以用楞次来解释，导体总是阻碍磁铁相对于导体的运动，因此会排斥上面的磁铁，结果会对移动中的磁铁产生一股往上推动的力量。也就是说，如果原有的磁铁是北极在下，假想磁铁则是北极在上；反之亦然。因为磁铁的同极相斥（原理三），让磁铁在一块金属上方移动，即导体切割磁感线速度足够快，所以产生的动生电动势足够大。所以感应电流会足够大，产生的磁场对磁铁产生的斥力会大得足以克服向下的重力，举起移动中的磁铁。所以当磁铁移动时，会使得自己浮在金属上方，并靠着本身电子移动产生的力量保持浮力。这个过程就是所谓的磁浮，这个原理可以适用在列车上。如图4-2，如果在列车的地

50、板上安装一些磁铁，列车一开动，就可产生向上的力量。这个时候，列车就像飞机在跑道上加速准备起飞。当向上的力量足够时，就可使得列车离开地面，浮在金属导轨之上。事实上，列车经过特别的设计，使得车厢在离地面10150mm 处。这样列车就可以飞速前进了。所以磁浮列车的第一个优点。因为没有轮子和铁轨，它就没有轮轨间的摩擦力所造成的能量损失。这样就少了一个传统列车的主要能量损耗来源并且只剩下风阻会影响列车的行车速度了。我们看到的大多数磁悬浮列车车头像子弹头，应该是为了减轻空气阻力。磁浮列车的第二个优点。虽然同极性会相斥（用以产生浮力），但异性可以相吸。磁浮列车就是运用这个原理前进的。当列车下方导轨因电子运动

51、而产生浮力的同时，两侧导轨的线路开始通电，产生另一组比列车稍前电的磁铁。经过特殊安排，导轨上的S会靠近列车上的磁N级。由于这股吸力，列车得以往前移动。通过调整导轨两侧的电流，得以让这股吸引磁力恰好落在列车斜前方。如图4-3所示 图4-1 磁悬浮原理图 图4-2 磁悬浮列车示意图 图4-3 磁悬浮列车周围的波导 下面具体介绍常导磁吸式（EMS）和超导磁斥式（EDS）列车的具体运行原理。 常导磁吸式（EMS）：利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁（悬浮电磁铁）和铺设在线路导轨上的磁铁，在磁场作用下产生的斥力使车辆浮起，见图4-4所示。车辆和轨面之间的间隙与斥力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性

52、和列车运行的平稳，必须精确地控制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导轨之间保持大约10mm的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。 超导磁斥式(EDS)此种形式在车辆底部安装超导磁体（放在液态氦储存槽内），在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。列车运行时，给车上线圈（超导磁体）通电流，产生强磁场，地上线圈（铝环）与之相切割，由于电磁感应，在铝环内产生感应电流。感应电流产生的磁场与车辆上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生排斥力。当排斥力大于车辆重量时，车辆就浮起来。因此，超导磁斥式就是利用置于车辆上的超导磁体与铺设在轨道上的无源线圈之间的相对运动，使得线圈切割磁

53、感线，来产生悬浮力将车体抬起来的。如图4-5所示。 由于超导磁体的电阻为零，在运行中几乎不消耗能量，而且磁场强度很大。在超导体和导轨之间产生的强大排斥力，可使车辆浮起。当车辆向下位移时，超导磁体与悬浮线圈的间距减小电流增大，使悬浮力增加，又使车辆自动恢复到原来的悬浮位置。这个间隙与速度的大小有关，切割磁感线的速度有关，一般到100km/h时车体才能悬浮。因此，必须在车辆上装设机械辅助支承装置，以保证列车安全可靠地着地。控制系统应能实现起动和停车的精确控制。 图4-4 常导吸引式磁悬浮原理图 图4-5 超导磁斥式磁悬浮原理图 2、磁悬浮列车的优点及展望 2.1 优点 适于高速运行：磁悬浮列车最大

54、特点在于它没有通常的轮轨系统，由于消除了与轮轨之间的接触，不存在由于轮轨摩擦及黏着所造成的诸如极限速度等影响列车运行的问题，速度可达500km/h以上。 稳定安全：列车运行平稳，能提高旅客舒适度，由于磁悬浮系统采用导轨结构，不会发生脱轨和颠覆事故，提高了列车运行的安全性和可靠性。 环保，污染小，易维护：磁悬浮列车在运行中既不产生机械噪声，也不排放任何废气、废物，由于是应用电能，有利于环境保护，加上磁悬浮列车由于没有钢轨、车轮、接触导线等摩擦组件，可以省去大量维修工作和维修费用。 效率高：磁悬浮列车能充分利用能源、获得较高的运输效率。另外，磁悬浮列车可以实现全自动化控制，因此将成为未来最具有竞争

55、力的一种交通工具。 2.2 展望 过去的30多年，磁悬浮列车的发展之快令人瞻目。不仅在德国和日本磁悬浮列车已进入到实用性阶段。美国的佛罗里达州也已决定在2023年11月1日前正式开始建造磁悬浮运输系统，该系统将连接佛罗里达州的5个最大的城市。德国政府正计划在慕尼黑机场到火车站之间建造一条长35km的高速磁悬浮运输系统，最新研制的TR08 型磁悬浮列车将在该线上行驶。从慕尼黑机场到火车站仅需10min，比普通的火车快4倍。我国的上海也已在2023年11月正式与德国签定合约，引进德国技术，在上海浦东陆家嘴和浦东机场之间已开始建造磁悬浮运输系统。在世界上迈出了将磁悬浮列车作为高速绿色运输工具的重要的

56、第一步。 随着计算机技术、自动控制技术和电子集成技术的发展，磁悬浮列车的技术性能将得到进一步的完善。超导材料和超低温技术的发展使建造磁悬浮列车的成本可能大幅下降。作为一种安全、快速、舒适的“绿色交通工具”，随着国际社会对人类赖以生存的地球的环保意识的不断加强,磁悬浮列车必将得到不断的普及。 磁悬浮列车(7) 淮北王景民物理工作室2023年3月 如图所示，两条光滑的绝缘导轨，导轨的水平部分与圆弧部分平滑连接，两导轨间距为L，导轨的水平部分有n段相同的匀强磁场区域（图中的虚线范围），磁场方向竖直向上，磁场的磁感应强度为B，磁场的宽度为S，相邻磁场区域的间距也为S，S大于L，磁场左、右两边界均与导轨

57、垂直。现有一质量为m，电阻为r，边长为L的正方形金属框，由圆弧导轨上某高度处静止释放，金属框滑上水平导轨，在水平导轨上滑行一段时间进入磁场区域，最终线框恰好完全通过n段磁场区域。地球表面处的重力加速度为g，感应电流的磁场可以忽略不计，求： （1）刚开始下滑时，金属框重心离水平导轨所在平面的高度 （2）整个过程中金属框内产生的电热 （3）金属框完全进入第k（kn）段磁场区域前的时刻，金属框中的电功率 word/media/image1.gif 答案：（1）设金属框在进入第一段匀强磁场区域前的速度为v0，金属框在进入和穿出第一段匀强磁场区域的过程中，线框中产生平均感应电动势为9d7952eb9e8

58、6ebf610cbb78de2a31679.png 平均电流强度为（不考虑电流方向变化） ea1550d10a35d423f3c6f6a4ef98ea4c.png 由动量定理得： e31c708edc9ee4baf85c10220db28c83.png c0496019d7a927ad3562be9a75984709.png 2176ed466db21a6f01954450b054799b.png 同理可得： 1bf344a3643401594b6328d01493a155.png f668e5500bad785fa43cfb15d4e4ebf5.png 整个过程累计得： d91623b9e1

59、0adaa2e28332b58e41009b.png 解得： d7027086c623612f3cc016997690c5c9.png 金属框沿斜面下滑机械能守恒： 68259f7c53e1172759077172a0c0b51b.png 4997ae7997f505e0abd86fccc3699a43.png （2）金属框中产生的热量Qmgh Q65de64b98cd24a8022b72e5cd03c7941.png （3）金属框穿过第（k1）个磁场区域后，由动量定理得：925a7b5d02fbffa603f637b7263bc44c.png 金属框完全进入第k个磁场区域的过程中，由动量定理

60、得：f831df1d0fb89e12cb0d95cf5760e3e4.png 解得： 41f6b97ef7c7ec2297f3754b3a61e4dc.png. 功率：61761e30d2d5b2c3ad0d513a21b21107.png 如图16所示，正方形导线框abcd的质量为m、边长为l，导线框的总电阻为R。导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上方某处由静止自由下落，下落过程中，导线框始终在与磁场垂直的竖直平面内，cd边保持水平。磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，磁场上、下两个界面水平距离为L。已知cd边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动。重力加速度为g. （1）求cd边进入