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如图15-2-27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流.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.

15-2-27

已知两导轨内侧间距l=1.5 cm,滑块的质量m=30 g,滑块沿导轨滑行5 m后获得的发射速度v=3.0 km/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;

(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.

解析:(1)由匀加速运动公式有a==9×105 m/s2

    由安培力公式和牛顿第二定律有:F=BIl=kI2l

    故kI2l=ma

    因此I==8.5×105 A.

(2)滑块获得的动能是电源输出能量的4%,即所需电源输出功率为P==1.0×109 W

    由功率P=UI,解得输出电压

    U=P/I=1.2×103 V.

(3)分别对砂箱和滑块用动能定理,有

   

   

    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

    故平均冲击力.

答案:(1)8.5×105 A  (2)1.0×109  W  1.2×103 V  (3)

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:

有一回旋加速器,内部抽成真空,极板间所加交变电压的频率为1.2×106 Hz,半圆形电极的半径为0.53 m,如图15-27,则

图15-27

(1)加速氘核所需的磁场的磁感应强度多大?

(2)加速后氘核从D形盒中射出时的最大动能是多大?

(3)设加速电压为U=1 000 V,且两极板间距离d=1 cm,则氘核在D形盒中的运动时间共有多长?(已知氘核的质量为3.3×10-27 kg,电荷量为1.6×10-19 C)

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科目:高中物理 来源: 题型:

为了测量电流表A1的内阻,某同学采用如实图7-9所示的实验电路.其中:

实图7-9

A1是待测电流表,量程为300 μA,内阻约为100 Ω;

A2是标准电流表,量程是200 μA;

R1是电阻箱,阻值范围是0~999.9 Ω;

R2是滑动变阻器;

R3是保护电阻;

E是电池组,电动势为4 V,内阻不计;

S1是单刀单掷开关,S2是单刀双掷开关.

(1)①实验中滑动变阻器采用________接法(填“分压”或“限流”);

②根据如图7-3-27所示电路的实物图,请在下面方框中画出实验电路图.

 (2)请将该同学的操作补充完整:

①连接好电路,将滑动变阻器R2的滑片移到最________(填“左端”或“右端”);将开关S2扳到接点a处,接通开关S1;调整滑动变阻器R2,使电流表A2的读数是150  μA;

②将开关S2扳到接点b处,________,使电流表A2的读数仍是150  μA.

 


③若此时电阻箱各旋钮的位置如实图7-10所示,则待测电流表A1的内阻Rg=________Ω.

实图7-10

(3)上述实验中,无论怎样调整滑动变阻器R2的滑片位置,都要保证两只电流表的安全.在下面提供的四个电阻中,保护电阻R3应选用________.(填写阻值前相应的字母)

A.200 kΩ                                                                        B.20 kΩ

C.15 kΩ                                                                          D.150 kΩ

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