【題目】電磁炮是利用電磁力對(duì)彈體加速的新型武器,具有速度快,效率高等優(yōu)點(diǎn)。如圖是電磁炮的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計(jì),軌道寬為L=0.2m。在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1×102T!電磁炮彈體總質(zhì)量m=0.2kg,其中彈體在軌道間的電阻R=0.4Ω?煽仉娫吹膬(nèi)阻r=0.6Ω,電源的電壓能自行調(diào)節(jié),以保證電磁炮勻加速發(fā)射。在某次試驗(yàn)發(fā)射時(shí),電源為加速彈體提供的電流是I=4×103A,不計(jì)空氣阻力。求:

(1)彈體所受安培力大;

(2)彈體從靜止加速到4km/s,軌道至少要多長(zhǎng)?

(3)彈體從靜止加速到4km/s過程中,該系統(tǒng)消耗的總能量;

(4)請(qǐng)說明電源的電壓如何自行調(diào)節(jié),以保證電磁炮勻加速發(fā)射。

【答案】(1)(2)(3)1.76×106J(4)勻加速發(fā)射

【解析】

當(dāng)導(dǎo)軌上通入電流后,炮彈在安培力的作用下,做初速度為零勻加速直線運(yùn)動(dòng),因此根據(jù)牛頓第二定律求出加速度然后利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式即可求解.消耗的總能量轉(zhuǎn)化為彈體的動(dòng)能和熱量;由于彈體的速度增大,彈體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),電源的電壓應(yīng)增大,抵消產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),以保證電源為加速彈體提供恒定的電流,是電磁炮勻加速發(fā)射.

(1)在導(dǎo)軌通有電流I時(shí),炮彈作為導(dǎo)體受到磁場(chǎng)施加的安培力為:F=ILB=8×104N
(2)由動(dòng)能定理:Fx=mv2
彈體從靜止加速到4000m/s,軌道至少要x==20m
(3)由F=ma,v=at
發(fā)射過程產(chǎn)生的熱量:Q=I2(R+r)t=1.6×105J
彈體的動(dòng)能:Ekmv2=1.6×106J
系統(tǒng)消耗的總能量E=Ek+Q=1.76×106J
(4)由于彈體的速度增大,彈體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),電源的電壓應(yīng)增大,抵消產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),以保證電源為加速彈體提供恒定的電流,是電磁炮勻加速發(fā)射.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】一小船在靜水中的速度為,它在一條河寬150m,水流速度為的河流中渡河,則下列說法錯(cuò)誤的是  

A. 小船不可能到達(dá)正對(duì)岸

B. 小船渡河的時(shí)間不可能少于50s

C. 小船以最短時(shí)間渡河時(shí),它沿水流方向的位移大小為200m

D. 小船以最短位移渡河時(shí),位移大小為150m

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】(12分)甲、乙兩車均沿同一平直公路同向行駛。開始時(shí),甲車在乙車前方s0=75m處。甲車始終以v1=10m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)。乙車作初速度為零,加速度a=2m/s2的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。求:

(1)乙車追上甲車之前,兩車之間的最大距離sm;

(2)經(jīng)過多少時(shí)間t,乙車追上甲車?

(3)乙車一追上甲車,乙車就立即剎車,減速過程加速度大小a'=5m/s2,則再經(jīng)過多少時(shí)間t',甲、乙兩車再次相遇。(設(shè)乙車能從甲車旁通過,不發(fā)生相撞)

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖象,直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖象,直線C為一個(gè)電阻R的兩端電壓與電流的關(guān)系圖象.將這個(gè)電阻R分別接到a、b兩電源上,那么(

A. R接到a電源上,電源的效率較高

B. R接到b電源上,電源的效率較高

C. R接到a電源上,電源的輸出功率較大

D. R接到b電源上,電源的輸出功率較大

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】三個(gè)質(zhì)點(diǎn)A、B、C均由N點(diǎn)沿不同路徑運(yùn)動(dòng)至M點(diǎn),運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,三個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)從N點(diǎn)出發(fā),同時(shí)達(dá)到M點(diǎn),下列說法正確的是

A. 三個(gè)質(zhì)點(diǎn)從N點(diǎn)到M點(diǎn)的平均速度相同

B. 三個(gè)質(zhì)點(diǎn)任意時(shí)刻的速度方向都相同

C. 三個(gè)質(zhì)點(diǎn)從N點(diǎn)出發(fā)到任意時(shí)刻的平均速度都相同

D. 三個(gè)質(zhì)點(diǎn)從N點(diǎn)到M點(diǎn)的位移相同,路程不同

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器都是使用______(填“直流”或“交流”)電源的計(jì)時(shí)儀器。假如電源頻率是40Hz時(shí),它每隔______s打一個(gè)點(diǎn)。

某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所記錄的紙帶來研究做勻變速直線運(yùn)動(dòng)小車的運(yùn)動(dòng)情況,實(shí)驗(yàn)中獲得一條紙帶,如下圖,其中兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出。已知所用電源的頻率為50Hz,則打A點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度vA=_______m/s。a=__________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

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【題目】1930年,Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理論,他設(shè)想用磁場(chǎng)使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn),多次反復(fù)地通過高頻加速電場(chǎng),直至達(dá)到高能量。題圖甲為Earnest O. Lawrence設(shè)計(jì)的回旋加速器的示意圖。它由兩個(gè)鋁制D型金屬扁盒組成,兩個(gè)D形盒正中間開有一條狹縫;兩個(gè)D型盒處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并接有高頻交變電壓。圖乙為俯視圖,在D型盒上半面中心S處有一正離子源,它發(fā)出的正離子,經(jīng)狹縫電壓加速后,進(jìn)入D型盒中。在磁場(chǎng)力的作用下運(yùn)動(dòng)半周,再經(jīng)狹縫電壓加速;為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速,應(yīng)設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期一致。如此周而復(fù)始,最后到達(dá)D型盒的邊緣,獲得最大速度后被束流提取裝置提取出。已知正離子的電荷量為q,質(zhì)量為m,加速時(shí)電極間電壓大小恒為U,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,D型盒的半徑為R,狹縫之間的距離為d。設(shè)正離子從離子源出發(fā)時(shí)的初速度為零。

(1)試計(jì)算上述正離子從離子源出發(fā)被第一次加速后進(jìn)入下半盒中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑;

(2)設(shè)該正離子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同,試推證當(dāng)R>>d時(shí),正離子在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間相對(duì)于在D形盒中回旋的時(shí)間可忽略不計(jì)(正離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),不考慮磁場(chǎng)的影響)。

(3)若此回旋加速器原來加速的是α粒子(),現(xiàn)改為加速氘核(),要想使氘核獲得與α粒子相同的動(dòng)能,請(qǐng)你通過分析,提出一種簡(jiǎn)單可行的辦法。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線,流經(jīng)其中的電流為I。已知單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子,電子的電荷量為q。此時(shí)電子的定向移動(dòng)的速度為v。在t時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為

A. B. C. D.

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【題目】如圖所示,質(zhì)量分別為mA>mB的兩個(gè)物體A、B在水平拉力F的作用下,沿光滑水平面一起向右運(yùn)動(dòng),已知mA >mB,光滑動(dòng)滑輪及細(xì)繩質(zhì)量不計(jì),物體A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度為g,則下列說法正確的是(

A. A對(duì)B的摩擦力向左

B. A受到的拉力比B受到的拉力大

C. F足夠小時(shí),A、B之間可能沒有摩擦力

D. 要使A、B之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),F的最大值為

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