【題目】電磁彈射技術(shù)是一種新興的直線推進(jìn)技術(shù),適宜于短行程發(fā)射大載荷,在軍事、民用和工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。我國已成功研制出用于航空母艦艦載機(jī)起飛的電磁彈射器。它由發(fā)電機(jī)、直線電機(jī)、強(qiáng)迫儲能裝置和控制系統(tǒng)等部分組成。

電磁彈射器可以簡化為如圖所示的裝置以說明其基本原理。電源和一對足夠長平行金屬導(dǎo)軌MN分別通過單刀雙擲開關(guān)K與電容器相連。電源的電動(dòng)勢E=10V,內(nèi)阻不計(jì)。兩條足夠長的導(dǎo)軌相距L=0.1m且水平放置,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面且豎直向下,電容器的電容C=10F,F(xiàn)將一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.1Ω的金屬滑塊垂直放置于導(dǎo)軌的滑槽內(nèi),分別與兩導(dǎo)軌良好接觸。將開關(guān)K置于a使電容器充電,充電結(jié)束后,再將開關(guān)K置于b,金屬滑塊會在電磁力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng),不計(jì)導(dǎo)軌和電路其他部分的電阻,且忽略金屬滑塊運(yùn)動(dòng)過程中的一切阻力,不計(jì)電容充放電過程中該裝置向外輻射的電磁能量及導(dǎo)軌中電流產(chǎn)生的磁場對滑塊的作用。

1)在電容器放電過程中,金屬滑塊兩端電壓與電容器兩極間電壓始終相等。求在開關(guān)K置于b瞬間,金屬滑塊的加速度的大小a;

2)求金屬滑塊最大速度v;

3a.電容器是一種儲能裝置,當(dāng)電容兩極間電壓為U時(shí),它所儲存的電能A=CU2/2。求金屬滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q;

b.金屬滑塊在運(yùn)動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生反電動(dòng)勢,使金屬滑塊中大量定向運(yùn)動(dòng)的自由電子又受到一個(gè)阻力作用。請分析并計(jì)算在金屬滑塊運(yùn)動(dòng)過程中這個(gè)阻力所做的總功W。

【答案】1見解析240m/s3a. 400J;b. –80J

【解析】1)開關(guān)K置于b瞬間,流過金屬滑塊的電流:

金屬滑塊受到安培力作用,由牛頓運(yùn)動(dòng)定律:BIL=ma,

2設(shè)金屬滑塊做加速運(yùn)動(dòng)到最大速度時(shí)兩端的電壓為U,電容器放電過程中的電荷量變化為Δq,放電時(shí)間為Δt,流過金屬滑塊的平均電流為I

電容放電過程的電荷量變化Δq=C(E-U)

金屬滑塊速度最大時(shí),其兩端電壓U=BLv

由電流定義有Δq=IΔt

在金屬滑塊運(yùn)動(dòng)過程中,由動(dòng)量定理有BILΔt=mv-0

聯(lián)立以上各式,可得:v=40m/s

3a. U=BLv可知電容器兩端最終電壓U=2V

由能量守恒定律有

解得:Q=400J

b.因金屬滑塊做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反電動(dòng)勢,由此使滑塊中的自由電荷受到阻礙其定向運(yùn)動(dòng)的洛倫茲力f1(即阻力);同時(shí)由于金屬滑塊中的自由電荷定向運(yùn)動(dòng)還使其受到洛倫茲力f2。金屬滑塊中的所有自由電荷所受f2的合力在宏觀上表現(xiàn)為金屬滑塊的安培力。

由動(dòng)能定理可知安培力做功: WF=mv2=80J

f1f2的合力即洛倫茲力f不做功。所以金屬滑塊運(yùn)動(dòng)過程中阻力f1所做的總功

W=-WF =-80J

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,質(zhì)量M=8kg的小車放在水平光滑的平面上,在小車左端加水平推力F=8N,當(dāng)小車向右運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到v0=1.5m/s時(shí).在小車前端輕輕地放上一個(gè)大小不計(jì),質(zhì)量為m=2kg的小物塊,物塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,己知運(yùn)動(dòng)過程中.小物塊沒有從小車上掉下來,g10m/s2,求:

(1)經(jīng)過多長時(shí)間兩者達(dá)到相同的速度;

(2)小車至少多長,才能保證小物塊不從小車上掉下來.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在同一空間同時(shí)存在著勻強(qiáng)磁場和均勻輻射的電場源,有一電量為+q、質(zhì)量為m帶電小球系于長為L細(xì)線的一端,另一端固定于懸點(diǎn)O,均勻輻射的電場源位于懸點(diǎn)O正下方P處,且OP=L,如圖所示。當(dāng)懸線與豎直方向的夾角時(shí),小球恰能保持靜止?fàn)顟B(tài)。試求:

1)圖示位置的電場強(qiáng)度?

2)若突然給帶電小球一個(gè)垂直于紙面向里的初速度,帶電小球恰好能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),懸線的拉力多大?磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向如何?

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一個(gè)物體靜止放在傾斜的木板上,在木板的傾角緩慢增大到某一角度的過程中,物體一直靜止在木板上,則下列說法中正確的有(   )

A. 物體所受的支持力逐漸增大

B. 物體所受的支持力與摩擦力的合力不變

C. 物體所受重力、支持力、摩擦力和下滑力四個(gè)力的作用

D. 物體所受的重力、支持力和摩擦力這三個(gè)力的合力不變,但不為零。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】電流天平可以用來測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。測量前天平已調(diào)至平衡,測量時(shí),在左邊托盤中放入質(zhì)量m1=15.0g的砝碼,右邊托盤中不放砝碼,將一個(gè)質(zhì)m0=10.0g,匝數(shù)n=10下邊長l=10.0cm的矩形線圈掛在右邊托盤的底部,再將此矩形線圈的下部分放在待測磁場中,如圖18甲所示,線圈的兩頭連在如圖乙所示的電路中,不計(jì)連接導(dǎo)線對線圈的作用力,電源電動(dòng)勢E=1.5V,內(nèi)阻r=1.0Ω開關(guān)S閉合后,調(diào)節(jié)可變電阻使理想電壓表示數(shù)U=1.4V時(shí),R1=10Ω,此時(shí)天平正好平衡g=10m/s2,求:

1)線圈下邊所受安培力的大小F,以及線圈中電流的方向;

2)矩形線圈的電阻R;

3該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示, KLMN 是一個(gè)豎直的匝數(shù)為n的矩形導(dǎo)線框,全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的水平方向的勻強(qiáng)磁場中,線框面積為SMN邊水平,線框繞豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)MN邊與磁場方向的夾角為 30時(shí)(圖示位置),下列說法正確的是

A. 導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢的大小是nBSω/2

B. 導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢的大小是

C. 線框中電流的方向是KLMNK

D. 線框中電流的方向是KNMLK

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】某同學(xué)測量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻,現(xiàn)有待測電池、電流表(量程0~0.6A,內(nèi)阻約0.1Ω)、電壓表(量程0~3V,內(nèi)阻約3kΩ)、滑動(dòng)變阻器(阻值0~10Ω,額定電流2A)、開關(guān)各一個(gè)、導(dǎo)線若干。為了防止實(shí)驗(yàn)測量時(shí)數(shù)據(jù)過密(即要求電壓變化范圍相對大一些),另外還配有一個(gè)定值電阻R0(阻值為、額定功率為5W)。

(1)請按照圖甲設(shè)計(jì)的電路圖用筆畫線將圖乙實(shí)物電路圖補(bǔ)充完整______。

(2)該同學(xué)按照要求連接好電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖13所示的UI圖像,則電源的電動(dòng)勢E______V,電源內(nèi)阻r_____Ω。

3在上述實(shí)驗(yàn)過程中存在系統(tǒng)誤差。在圖所繪圖像中,虛線代表沒有誤差情況下,電壓表兩端電壓的真實(shí)值與通過電源電流真實(shí)值關(guān)系的圖像,實(shí)線是根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪出的圖像則圖14中能正確表示二者關(guān)系的是______(選填選項(xiàng)下面的字母)。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí),先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1,然后經(jīng)點(diǎn)火,使其沿橢圓軌道2運(yùn)行,最后再次點(diǎn)火,將衛(wèi)星送入同步圓軌道3,軌道1、2相切于Q點(diǎn),軌道2、3相切于P點(diǎn),如圖所示。則在衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí),以下說法正確的是:

A. 衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率

B. 衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度

C. 衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度

D. 衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如右圖所示,固定于同一條豎直線上的A、B是兩個(gè)帶等量異種電荷的點(diǎn)電荷,電荷量分別為+Q和-Q,A、B相距為2d.MN是豎直放置的光滑絕緣細(xì)桿,另有一個(gè)穿過細(xì)桿的帶電小球p,質(zhì)量為m、電荷量為+q(可視為點(diǎn)電荷,不影響電場的分布),現(xiàn)將小球p從與點(diǎn)電荷A等高的C處由靜止開始釋放,小球p向下運(yùn)動(dòng)到距C點(diǎn)距離為dO點(diǎn)時(shí),速度為v.已知MNAB之間的距離為d,靜電力常量為k,重力加速度為g.求:

(1)C、O間的電勢差UCO;

(2)O點(diǎn)處的電場強(qiáng)度E的大;

(3)小球p經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)的加速度;

(4)小球p經(jīng)過與點(diǎn)電荷B等高的D點(diǎn)時(shí)的速度.

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