【題目】(20分)電磁軌道炮利用電流和磁場(chǎng)的作用使炮彈獲得超高速度,其原理可用來研制新武器和航天運(yùn)載器。電磁軌道炮示意如圖,圖中直流電源電動(dòng)勢(shì)為E , 電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l , 電阻不計(jì)。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN , 垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài),并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開關(guān)S接1,使電容器完全充電。然后將S接至2,導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出),MN開始向右加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩極板間的電壓相等時(shí),回路中電流為零,MN達(dá)到最大速度,之后離開導(dǎo)軌。問:

(1)磁場(chǎng)的方向;
(2)MN剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a的大;
(3)MN離開導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少。

【答案】
(1)

垂直于導(dǎo)軌平面向下。


(2)

電容器完全充電后,兩極板間電壓為E,當(dāng)開關(guān)S接2時(shí),電容器放電,設(shè)剛放電時(shí)流經(jīng)MN的電流為I,有

設(shè)MN受到的安培力為F,有

F=IlB

由牛頓第二定律有

F=ma

聯(lián)立①②③式得


(3)

當(dāng)電容器充電完畢時(shí),設(shè)電容器上電量為Q0,有

Q0=CE

開關(guān)S接2后,MN開始向右加速運(yùn)動(dòng),速度達(dá)到最大值vmax時(shí),設(shè)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 ,有

依題意有

設(shè)在此過程中MN的平均電流為 ,MN上受到的平均安培力為 ,有

由動(dòng)量定理,有

聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨⑩式得


【解析】(1)由左手定則判出磁場(chǎng)方向。
(2)根據(jù)電路知識(shí)求得電流,由安培力公式算的安培力,由牛頓第二定律算得加速度。
(3)當(dāng)導(dǎo)體棒速度最大時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng),切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),此時(shí)電容器上電荷不變即剩余電量。根據(jù)動(dòng)量定理算出導(dǎo)體棒變速運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生電量,用原來電量減掉該過程中電量即是剩余電量。
【考點(diǎn)精析】掌握動(dòng)量定理和電磁感應(yīng)與電路是解答本題的根本,需要知道動(dòng)量定理的研究對(duì)象可以是單個(gè)物體,也可以是物體系統(tǒng).對(duì)物體系統(tǒng),只需分析系統(tǒng)受的外力,不必考慮系統(tǒng)內(nèi)力.系統(tǒng)內(nèi)力的作用不改變整個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量;動(dòng)量定理不僅適用于恒定的力,也適用于隨時(shí)間變化的力.對(duì)于變力,動(dòng)量定理中的力F應(yīng)當(dāng)理解為變力在作用時(shí)間內(nèi)的平均值;用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向;畫等效電路;運(yùn)用全電路歐姆定律,串并聯(lián)電路性質(zhì),電功率等公式聯(lián)立求解.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,斜面始終靜止在地面上,物體A質(zhì)量為2kg,為使A在斜面上靜止,

(1)若B質(zhì)量是1.2kg,求A受到的摩擦力
(2)若B質(zhì)量是1.0kg,求A受到的摩擦力
(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8 tan37°=0.75 g=10m/s2 . )

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【題目】[物理——選修3–4]
(1)P、Q是一列沿x軸傳播的簡(jiǎn)諧橫波中的兩質(zhì)點(diǎn),水平間距為 =40 cm,從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí),兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖所示,則下列說法中正確的是_______。

A.P點(diǎn)的振動(dòng)方程是 (m)
B.經(jīng)過時(shí)間0.03 s,質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到Q位置
C.這列波遇到5 m的障礙物,也能發(fā)生很明顯的衍射現(xiàn)象
D.簡(jiǎn)諧橫波的傳播速度可能是
E.簡(jiǎn)諧橫波的傳播速度可能是8 m/s
(2)如圖所示,扇形POQ為透明柱狀介質(zhì)的橫截面,圓心角∠POQ=60°,半徑為R,一條平行于角平分線ON的單色光由OP面射入介質(zhì),經(jīng)OP面折射的光線都相交于M點(diǎn),其中的折射光線恰好平行于OQ,光速度為c。求

①該介質(zhì)對(duì)的折射率是多少?
②光從M點(diǎn)傳到N所用的時(shí)間

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 Ω,則

A.t=0時(shí),線圈平面平行于磁感線
B.t=1 s時(shí),線圈中的電流改變方向
C.t=1.5 s時(shí),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大
D.一個(gè)周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為

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【題目】(16分)如圖所示,物塊AB通過一根輕質(zhì)不可伸長的細(xì)繩連接,跨放在質(zhì)量不計(jì)的光滑定滑輪兩側(cè),質(zhì)量分別為mA=2 kg、mB=1 kg。初始時(shí)A靜止與水平地面上,B懸于空中。先將B豎直向上再舉高h=1.8 m(未觸及滑輪)然后由靜止釋放。一段時(shí)間后細(xì)繩繃直,A、B以大小相等的速度一起運(yùn)動(dòng),之后B恰好可以和地面接觸。取g=10 m/s2

(1)B從釋放到細(xì)繩繃直時(shí)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t;
(2)A的最大速度v的大小;
(3)初始時(shí)B離地面的高度H。

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【題目】A、B兩杯水,水中均有花粉微粒在做布朗運(yùn)動(dòng),經(jīng)顯微鏡觀察后,發(fā)現(xiàn)A杯中的布朗運(yùn)動(dòng)比B杯中的布朗運(yùn)動(dòng)激烈,則下列判斷中,正確的是( 。

A.布朗運(yùn)動(dòng)就是水分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)

B.布朗運(yùn)動(dòng)就是花粉微粒內(nèi)分子的熱運(yùn)動(dòng)

C.A杯中的水溫低于B杯中的水溫

D.條件不足,無法判斷兩杯水溫的高低

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【題目】[物理——選修3–4](15分)
(1)(5分)如圖,一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,實(shí)線為t=0時(shí)的波形圖,虛線為t=0.5 s時(shí)的波形圖。已知該簡(jiǎn)諧波的周期大于0.5 s。關(guān)于該簡(jiǎn)諧波,下列說法正確的是_______(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得分為0分)。

A.波長為2 m
B.波速為6 m/s
C.頻率為1.5 Hz
D.t=1 s時(shí),x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰
E.t=2 s時(shí),x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過平衡位置
(2)(10分)如圖,一半徑為R的玻璃半球,O點(diǎn)是半球的球心,虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5。現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求:

(i)從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值;
(ii)距光軸 的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。

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【題目】一個(gè)質(zhì)量為50kg的人站在電梯的地板上,他對(duì)電梯地板的壓力大小為600N時(shí),電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是( )
A.勻速上升
B.以2m/s2的加速度勻加速上升
C.以2m/s2的加速度勻減速上升
D.以12m/s2的加速度勻加速上升

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【題目】下列命題正確的是( )
A.向量 不共線,則 都是非零向量
B.任意兩個(gè)相等的非零向量的始點(diǎn)與終點(diǎn)是一平行四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)
C. 共線, 共線,則 也共線
D.有相同起點(diǎn)的兩個(gè)非零向量不平行

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