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

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 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==9×105m/s2
由安培力公式和牛顿第二定律,有F=IBl=kI2l,kI2l=ma
因此I==8.5×105A
(2)滑块获得的动能是电源输出能量的4%,即PΔt×4%=mv2
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==1.0×109W
由功率P=IU,解得输出电压U==1.2×103V
(3)分别对砂箱和滑块用动能定理,有
fsMMV2
f'sm=mV2mv2
由牛顿定律f=-f'和相对运动sm=sM+s'
由动量守恒mv=(m+M)V
联立求得fs'=mv2
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。

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