我国在建航母采用了电磁弹射技术。原理如图1,飞机钩在滑杆上,储能装置通过导轨和滑杆放电,产生强电流恒为4000A,导轨激发的磁场在两导轨间近似为匀强磁场,磁感强度B=10T,在磁场力和飞机发动机推力作用下,滑杆和飞机从静止开始向右加速,在导轨末端飞机与滑杆脱离。导轨长120m、间距为3m。飞机质量为2.0×104 kg,在导轨上运动时所受阻力恒为机重的0.1倍,假如刚开始时发动机已达额定功率,为4×106 W。飞机在导轨末端所受竖直升力与水平速度关系F=kV(k=4000kg/s)。如图2是在一次弹射过程中,记录的飞机在导轨各个位置上的速度。滑杆的质量忽略,g取10 m/s2。求:
(1)飞机在导轨上运动30m处的加速度大小。
(2)如果飞机在导轨末端刚好达到起飞条件,求飞机在导轨上运动的时间。
(1)飞机在导轨上运动30m处的加速度大小。
(2)如果飞机在导轨末端刚好达到起飞条件,求飞机在导轨上运动的时间。
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更新时间:2021-05-03 10:00:23
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【知识点】 电磁炮
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【推荐1】电磁轨道炮的加速原理如图所示金属炮弹静止置于两固定的平行导电导轨之间,并与轨道良好接触。开始时炮弹在导轨的一端,通过电流后炮弹会被安培力加速,最后从导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离
,导轨长
,炮弹质量
。导轨上电流I的方向如图中箭头所示。可以认为,炮弹在轨道内匀加速运动,它所在处磁场的磁感应强度始终为
,方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为
,忽略摩擦力与重力的影响。求:
(1)炮弹在两导轨间的加速度大小a;
(2)炮弹作为导体受到磁场施加的安培力大小F;
(3)通过导轨的电流I。
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(1)炮弹在两导轨间的加速度大小a;
(2)炮弹作为导体受到磁场施加的安培力大小F;
(3)通过导轨的电流I。
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【推荐2】导轨式电磁炮是利用磁场对电流的作用力,把电能转变成机械能的发射装置。如图为一电磁炮模型,把两根长为S0=100m,互相平行的铜制轨道放在垂直于轨道平面的磁场中,磁感应强度B=2.0×10-5T;质量m=2.0g的弹体(包括金属杆PQ的质量)静止在轨道之间的宽L=2m的金属架上,通电后通过弹体的电流I=10A,弹体在运动过程中所受的阻力f恒为4.0×10-5N,求:
(1)弹体最终以多大的速度v离开轨道?
(2)求弹体在S=25m处安培力的瞬时功率P?
(1)弹体最终以多大的速度v离开轨道?
(2)求弹体在S=25m处安培力的瞬时功率P?
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【推荐3】电磁炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器,具有速度快,效率高等优点。其原理结构可简化为如图甲所示的模型:两根无限长、光滑的平行金属导轨MN、PQ固定在水平面内,相距为L,“电磁炮”弹体为质量为m的导体棒ab,垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,弹体在轨道间的电阻为R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,“电磁炮”电源的电压能自行调节,用以保证“电磁炮”在轨道上做匀加速运动最终发射出去,其中可控电源的内阻为r,不计空气阻力,导轨的电阻不计。求:
(1)考虑到电磁感应现象,定性描述电源的电压如何自行调节,才能保证“电磁炮”匀加速发射;
(2)弹体从静止经过时间t加速到v的过程中系统消耗的总能量;
(3)把此装置左端电源换成电容为C的电容器,导轨倾斜,与水平夹角为θ(如图乙所示),使磁场仍与导轨平面垂直,将弹体由静止释放,某时刻其速度为v1,定性画出该过程导体棒运动的v—t图象,并写出必要的分析和推理过程。
(1)考虑到电磁感应现象,定性描述电源的电压如何自行调节,才能保证“电磁炮”匀加速发射;
(2)弹体从静止经过时间t加速到v的过程中系统消耗的总能量;
(3)把此装置左端电源换成电容为C的电容器,导轨倾斜,与水平夹角为θ(如图乙所示),使磁场仍与导轨平面垂直,将弹体由静止释放,某时刻其速度为v1,定性画出该过程导体棒运动的v—t图象,并写出必要的分析和推理过程。
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