人教版 (新课标)选修3选修3-2第四章 电磁感应5 电磁感应现象的两类情况教案

磁悬浮列车

普通列车行驶时，车轮与钢轨是紧紧贴在一起的，当列车高速行驶时，车轮与钢轨的阻力就大大增加．据科学家计算，依靠动力索引，车轮与钢轨接触的轮轨式列车，极限时速为380 千米左右，如果考虑到躁音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度要低得多．我国的铁路系统，不论是时速达160 千米的普通列车，还是以时速200 千米行驶在广深线上的摆式列车，它们采用的都是轮轨式，其列车的支承和导向、加减速与制动，均是靠车轮和钢轨来实现的．为了进一步提高列车速度，必须彻底改变传统车轮钢轨粘着式的运动方式．当今世界上速度最快的一种地面客运交通系统是磁悬浮高速列车．它采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动原理，时速可高达500 千米以上，可与一般飞机的飞行速度相媲美，因而有着“零高度飞行器”的美誉．早在1992 年，我国就正式将“磁悬浮列车的关键技术研究”列入“八五”国家重点科技攻关计划．由国防科技大学等单位共同研究建造的中国第一条中低速磁悬浮列车试验线，自2001 年9 月在长沙建成通车，试车至2002 年4 月5 日已无故障运行2 000 千米．磁悬浮列车重20 吨，车厢长15 米，宽3 米，可载客130 多人，试验线全长204 －米，设计时速为150 千米．下图为试验列车在坡道上运动的照片．下面笔者对磁悬浮列车作一简介．

按照吸引力和排斥力来分类，世界上的磁悬浮列车主要有两种“悬浮”形式：一种是常规磁铁吸引式悬浮系统－- EMS ( Electro Magnetic System )系统，也称吸力型、常导型，它利用常规的电磁铁与一般铁磁物质相吸引的基础原理，把列车吸引上来，悬空运行；另一种是超导排斥式悬浮系统——EDS ( Electrodynamic System ）系统，也称斥力型、超导型，用超导体的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行.

如上图所示，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和电磁吸力，使列车浮起．在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁反作用下，使车体与轨道保持一定的侧向距离，实现车体与轨道在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向．此外由于悬浮和导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人悬浮状态．

如图乙所示，超导磁悬浮列车车体内安装有超导线圈，轨道上分布有按一定规则排列的短路铝环．当超导线圈内通电时就产生强磁场，在列车以一定速度前进时，该强磁场就在路轨的铝环内产生感应电流，两者相互排斥而产生悬浮力．速度愈大这个排斥力就愈大。当速度超过一定值（时速80 千米以上）时，列车就脱离路轨表面，悬浮高度在100 毫米以上．采用超导线圈虽可减轻线圈结构的重量，但却要增设超导所需的致冷系统，致冷电源也增加了功耗。这中结构的磁场若不加屏蔽，会增加环境的电磁污染．在低速行驶时，列车还需轮轨系统支撑，侧向稳定也要另加控制设备。