圖2-24是導(dǎo)軌式電磁炮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定,其間安放金屬滑塊(即實(shí)驗(yàn)用彈丸).滑塊可沿導(dǎo)軌無摩擦滑行,且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸.電源提供的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流入,經(jīng)過滑塊,再?gòu)牧硪粚?dǎo)軌流回電源.滑塊被導(dǎo)軌中的電流形成的磁場(chǎng)推動(dòng)而發(fā)射.在發(fā)射過程中,該磁場(chǎng)在滑塊所在位置始終可以簡(jiǎn)化為勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于紙面,其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為B=kI,比例常量k=2.5×10 -6 T/A.

已知兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距l(xiāng)=1.5 cm,滑塊的質(zhì)量m=30 g,滑塊沿導(dǎo)軌滑行5 m后獲得的發(fā)射速度v=3.0 km/s(此過程視為勻加速運(yùn)動(dòng)).

圖2-24

(1)求發(fā)射過程中電源提供的電流強(qiáng)度.

(2)若電源輸出的能量有4%轉(zhuǎn)換為滑塊的動(dòng)能,則發(fā)射過程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大?

解析:(1)由勻加速運(yùn)動(dòng)公式

 a= =9×105 m/s 2

由安培力公式和牛頓第二定律,有

F=BIl=kI2l, kI2l=ma 

因此I= =8.5×105 A

(2)滑塊獲得的動(dòng)能是電源輸出能量的4%,即:

 PΔt×4%=mv2

發(fā)射過程中電源供電時(shí)間Δt=×10-2 s

所需的電源輸出功率為=1.0×109 W

由功率P=IU,解得輸出電壓:U==1.2×103 V

答案:(1)8.5×105? A(2)1.0×109? W,1.2×103 V

練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解