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下图是导轨式电磁炮实验装置示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块(即实验用弹丸)。滑块可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触。电源提供的
网友投稿 2022-11-05 00:00:00 互联网
◎ 题目
下图是导轨式电磁炮实验装置示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块(即实验用弹丸)。滑块可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触。电源提供的强大电流从一根导轨流入,经过滑块,再从另一导轨流回电源。滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中,该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场,方向垂直于纸面,其强度与电流的关系为B=kI,比例常量k=2.5×10
-6
T/A。已知两导轨内侧间距l=1.5cm,滑块的质量m=30g,滑块沿导轨滑行5m后获得的发射速度v=3.0km/s(此过程视为匀加速运动)。
(1)求发射过程中电源提供的电流强度;
(2)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能,则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大?
(3)若此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中放在水平面上的砂箱,它嵌入砂箱的深度为s'。设砂箱质量为M,滑块质量为m,不计砂箱与水平面之间的摩擦。求滑块对砂箱平均冲击力的表达式。
◎ 答案
解:(1)由匀加速运动公式a=
=9×10
5
m/s
2
由安培力公式和牛顿第二定律,有F=IBl=kI
2
l,kI
2
l=ma
因此I=
=8.5×10
5
A
(2)滑块获得的动能是电源输出能量的4%,即PΔt×4%=
mv
2
发射过程中电源供电时间Δt=
×10
-2
s
所需的电源输出功率为P=
=1.0×10
9
W
由功率P=IU,解得输出电压U=
=1.2×10
3
V
(3)分别对砂箱和滑块用动能定理,有
fs
M
=
MV
2
f's
m
=
mV
2
-
mv
2
由牛顿定律f=-f'和相对运动s
m
=s
M
+s'
由动量守恒mv=(m+M)V
联立求得fs'=
mv
2
故平均冲击力f=
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析,试题“下图是导轨式电磁炮实验装置示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块(即实验用弹丸)。滑块可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触。电源提供的…”主要考查了你对 【牛顿运动定律的应用】,【功率】,【动能定理】,【动量守恒定律的应用】,【电功率】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202211/362029.html
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