首页
>
考试
>
物理
>
高中物理
>
磁场对通电导线的作用：安培力、左手定则
> 正文
返回
打印
近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术--航天飞缆，航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统．飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力，它还能清理
网友投稿 2023-04-06 00:00:00 互联网
◎ 题目
近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术--航天飞缆，航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统．飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力，它还能清理“太空垃圾”等．从1967年至1999年的17次试验中，飞缆系统试验已获得部分成功．该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释．如图为飞缆系统的简化模型示意图，图中两个物体P、Q的质量分别为m
P
、m
Q
，柔性金属缆索长为l，外有绝缘层，系统在近地轨道作圆周运动．运动过程中Q距地面高为h．设缆索总保持指向地心，P的速度为v
P
．已知地球半径为R，地面的重力加速度为g．
（1）飞缆系统在地磁场中运动，地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外．设缆索中无电流，问缆索P、Q哪端电势高？此问中可认为缆索各处的速度均近似等于v
P
，求P、Q两端的电势差；
（2）设缆索的电阻为R
1
，如果缆索两端物体P、Q通过周围的电离层放电形成电流，相应的电阻为R
2
，求缆索所受的安培力多大；
（3）求缆索对Q的拉力F
Q
．
◎ 答案
（1）缆索的电动势：E=Blv
0
P、Q两点电势差U
PQ
=Blv
P
，根据右手定则可知，P点电势高．
故P、Q两端的电势差为U
PQ
=Blv
P
，P点电势高．
（2）缆索电流：
I=
E
R
1
+
R
2
=
Bl
v
P
R
1
+
R
2
安培力：
F
A
=IlB=
B
2
l
2
v
P
R
1
+
R
2
故缆索所受的安培力为：
F
A
=
B
2
l
2
v
P
R
1
+
R
2
．
（3）Q的速度设为v
Q
，Q受地球引力和缆索拉力F
Q
作用：
G
M
m
Q
(R+h)
2
-
F
Q
=
m
Q
v
2Q
R+h
①
P、Q角速度相等：
v
P
v
Q
=
R+h+l
R+h
②
又
g=
GM
R
2
③
联立①、②、③解得
F
Q
=
m
Q
[
g
R
2
(R+h)
2
-
(R+h)
v
2P
(R+h+l)
2
]
故缆索对Q的拉力为：
F
Q
=
m
Q
[
g
R
2
(R+h)
2
-
(R+h)
v
2P
(R+h+l)
2
]
．
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术--航天飞缆，航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统．飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力，它还能清理…”主要考查了你对 【万有引力定律的其他应用】，【磁场对通电导线的作用：安培力、左手定则】，【导体切割磁感线时的感应电动势】 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/202304/437050.html
十二生肖
十二星座
