2022年6月17日,我国第三艘航母“福建舰”正式下水,“福建舰”配备了目前世界上最先进的“电磁弹射”系统。“电磁弹射”系统的具体实现方案有多种,并且十分复杂。一种简化的物理模型如图所示,电源和一对足够长平行金属导轨M、N分别通过单刀双掷开关K与电容器相连。电源的电动势,内阻不计。两条足够长的导轨相距且水平放置于磁感应强度的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面且竖直向下,电容器的电容。现将一质量为,电阻为的金属滑块垂直放置于导轨的滑槽内,分别与两导轨良好接触。将开关K置于a端让电容器充电,充电结束后,再将开关K置于b端,金属滑块会在电磁力的驱动下运动。在电容器放电过程中,金属滑块两端电压与电容器两极板间电压始终相等。不计导轨和电路其他部分的电阻,不计电容器充、放电过程中电磁辐射和导轨产生的磁场对滑块的作用,忽略金属滑块运动过程中的一切摩擦阻力。求:
(1)在开关K置于b端的瞬间,金属滑块加速度的大小;
(2)金属滑块的最大速度。
(1)在开关K置于b端的瞬间,金属滑块加速度的大小;
(2)金属滑块的最大速度。
更新时间:2023-04-25 08:06:15
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适中
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【推荐1】如图所示,质量分别为和的两个小球A、B在光滑的水平面上分别以速度、同向运动并发生对心碰撞,碰后B球被右侧的墙原速弹回,又与A球相碰,碰后两球都静止
①求两球第一次碰撞后B球的速度.
②B与竖直墙面碰撞过程中,墙对B球的冲量大小及方向?
①求两球第一次碰撞后B球的速度.
②B与竖直墙面碰撞过程中,墙对B球的冲量大小及方向?
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适中
(0.65)
名校
【推荐2】高空跳伞者在空中下降的过程受到的阻力大小与下降速率成正比,即f=kv,其中k是与降落伞相关的比例系数,假设降落伞沿竖直方向运动,地球自转及气流影响不计,g取10m/s2。
(1)某型号降落伞以v=10m/s的速度匀速下降时,重力的功率为1×105W,求该型号降落伞以=5m/s的速度匀速下降时,重力的功率;
(2)另一降落伞从速度大小为v0=6m/s加速至v=10m/s后开始匀速下降,此过程耗时10s,求此过程中,降落伞下降的距离。
(1)某型号降落伞以v=10m/s的速度匀速下降时,重力的功率为1×105W,求该型号降落伞以=5m/s的速度匀速下降时,重力的功率;
(2)另一降落伞从速度大小为v0=6m/s加速至v=10m/s后开始匀速下降,此过程耗时10s,求此过程中,降落伞下降的距离。
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适中
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名校
解题方法
【推荐3】动能定理和动量定理不仅适用于质点在恒力作用下的运动,也适用于质点在变力作用下的运动,这时两个定理表达式中的力均指平均力,但两个定理中的平均力的含义不同,在动量定理中的平均力F1是指合力对时间的平均值,动能定理中的平均力F2是合力指对位移的平均值。
(1)质量为1.0kg的物块,受变力作用下由静止开始沿直线运动,在2.0s的时间内运动了2.5m的位移,速度达到了2.0m/s.分别应用动量定理和动能定理求出平均力F1和F2的值。
(2)如图1所示,质量为m的物块,在外力作用下沿直线运动,速度由v0变化到v时,经历的时间为t,发生的位移为x。分析说明物体的平均速度与v0、v满足什么条件时,F1和F2是相等的。
(3)质量为m的物块,在如图2所示的合力作用下,以某一初速度沿x轴运动,当由位置x=0运动至x=A处时,速度恰好为0,此过程中经历的时间为,求此过程中物块所受合力对时间t的平均值。
(1)质量为1.0kg的物块,受变力作用下由静止开始沿直线运动,在2.0s的时间内运动了2.5m的位移,速度达到了2.0m/s.分别应用动量定理和动能定理求出平均力F1和F2的值。
(2)如图1所示,质量为m的物块,在外力作用下沿直线运动,速度由v0变化到v时,经历的时间为t,发生的位移为x。分析说明物体的平均速度与v0、v满足什么条件时,F1和F2是相等的。
(3)质量为m的物块,在如图2所示的合力作用下,以某一初速度沿x轴运动,当由位置x=0运动至x=A处时,速度恰好为0,此过程中经历的时间为,求此过程中物块所受合力对时间t的平均值。
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名校
【推荐1】电磁炮是一种理想的新型武器,它的主要原理如图所示。2016年12月某某中学创新节活动上,我校黄同学等人制成了简易的“电磁炮”模型并在东山公园作了展示,良好效果,并得到老师和同学们的赞扬。黄同学等人把m = 200g的弹体模型(包括金属杆CD的质量)通过导轨加速,并最终从O点水平抛出,继续飞行击中目标P(如图所示)。若轨道宽L = 1m,电磁炮在导轨上加速距离s = 2.5m,通过的电流为I = 5A,方向如图所示。OA竖直高度为4.9m,AP水平距离为50m。已知匀强磁场的方向为竖直方向且垂直于水平导轨。(导轨间摩擦及空气阻力不计,P视为质点)g取9.8m/s2。
求:
(1)判断磁场方向
(2)轨道间所加的匀强磁场的磁感应强度为多大?
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【推荐2】电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新型武器和航天运载器,如图所示是电磁轨道炮的原理结构示意图。光滑水平导轨宽为L,在导轨间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小始终为B,炮体可视为质量为m、电阻为R、长度为L并与导轨垂直的金属棒,其余部分电阻不计,电源的电压能自行调节,以保证炮体匀加速发射。在某次试验发射时,电源为加速弹体提供的电流恒为I,弹体速度从静止加速到v,不计空气阻力。求:
(1)要完成此次发射,轨道至少需要多长?
(2)如果不考虑摩擦作用,该发射过程中金属棒产生的热量是多少?
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适中
(0.65)
【推荐3】如图所示为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,其间安放有一金属滑块(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源,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,比例常量。已知两导轨内侧间距,滑块的质量,滑块沿导轨滑行后获得的发射速度(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?
(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?
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