如图,竖直面内两根光滑平行金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块,滑块始终与导轨保持良好接触.电源提供的强电流经导轨、滑块、另一导轨流回电源.同时电流在两导轨之间

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图,竖直面内两根光滑平行金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块,滑块始终与导轨保持良好接触.电源提供的强电流经导轨、滑块、另一导轨流回电源.同时电流在两导轨之间形成较强的磁场(可近似看成匀强磁场),方向垂直于纸面,其强度与电流的大小关系为B=kI,比例常数k=2.5×10-6T/A.已知两导轨内侧间距l=1.5cm,滑块的质量m=3.0×10-2kg,滑块由静止开始沿导轨滑行S=5m后获得的发射速度v=3.0×103m/s(此过程可视为匀加速运动).求:
(1)发射过程中通过滑块的电流强度;
(2)若电源输出的能量有5%转换为滑块的动能,发射过程中电源的输出功率;
(3)若滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中放在光滑水平面上的砂箱,它最终嵌入砂箱的深度为s.设砂箱质量M,滑块质量为m,写出滑块对砂箱平均冲击力的表达式.
魔方格

◎ 答案

(1)滑块所受安培力对滑块做功,由动能定理得:BILS=
1
2
mv2

且有:B=Ki   I=6

2
×105

(2)设电源的输出功率为P,输出电压为U,则有:Pt?5%=
1
2
mv2

滑块做匀加速直线运动,有:S=
v
2
t

得P=1.0×109
(3)滑块与砂箱动量守恒,设它们共同运动的速度为v′,则有:mv=(m+M)v′
再由能量守恒:fs=
1
2
mv2-
1
2
(m+M)v′2

得:f=
Mm
2(m+M)
?
v2
s

答:(1)发射过程中通过滑块的电流强度I=6

2
×105A

(2)发射过程中电源的输出功率为1.0×109W
(3)滑块对砂箱平均冲击力的表达式f=
Mm
2(m+M)
?
v2
s

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图,竖直面内两根光滑平行金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块,滑块始终与导轨保持良好接触.电源提供的强电流经导轨、滑块、另一导轨流回电源.同时电流在两导轨之间…”主要考查了你对  【平均功率和瞬时功率的区别】,【动能定理】,【动量守恒定律】  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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