當前位置： 2022-2023學(xué)年廣東省廣州市高二（上）期末物理試卷> 試題詳情

2021年11月1日，央視報道我國一款新型電磁炮，專門用來撲滅山林大火的。發(fā)生山林大火時，山高路陡，人力滅火十分困難，利用電磁炮在山腳下發(fā)射消防滅火彈，為了研究方便將待發(fā)射的炮彈視為一個導(dǎo)體棒，（如圖所示），導(dǎo)體棒質(zhì)量m=0.02kg,電阻R=1Ω，把導(dǎo)體棒垂直放置于兩條與水平面成30°角的平行導(dǎo)軌的下端，導(dǎo)軌寬L=0.11m,導(dǎo)軌長s=0.16m,導(dǎo)軌下端接電源，電動勢E=80V，內(nèi)阻r=1Ω。垂直導(dǎo)軌平面有一向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=0.25T，其余電阻不計以及摩擦力都忽略不計，取g=10m/s²，不考慮導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。
求：（1）畫出導(dǎo)體棒的受力示意圖；
（2）導(dǎo)體棒受到安培力的大小和方向；
（3）導(dǎo)體棒離開導(dǎo)軌時的速度大小。

【考點】電磁炮；閉合電路歐姆定律的內(nèi)容和表達式；電磁感應(yīng)過程中的動力學(xué)類問題．

【答案】見試題解答內(nèi)容

【解答】

【點評】

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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：10引用：2難度：0.7

相似題

1．如圖所示為某研究小組設(shè)計的電磁炮供彈和發(fā)射裝置。裝置由傾角θ=37°的傾斜導(dǎo)軌和水平導(dǎo)軌在AB處平滑連接而成，電磁炮發(fā)射位置CD與AB相距x=0.4m,傾斜導(dǎo)軌處有垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B₁，ABCD區(qū)域無磁場，CD處及右側(cè)有豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B₂。傾斜導(dǎo)軌頂端的單刀雙擲開關(guān)可連接阻值R=1.5Ω的電阻和電容C=1.0F的電容器。質(zhì)量m=2.0kg、長度L=1.0m、電阻r=0.5Ω的金屬桿ab代替電磁炮彈，金屬桿與傾斜導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)均為μ₁=0.2，和ABCD區(qū)域?qū)к壷g動摩擦因數(shù)為μ₂=0.5，CD右側(cè)導(dǎo)軌光滑且足夠長。供彈過程：開關(guān)打到S₁處，金屬桿從傾斜導(dǎo)軌某個位置及以上任意位置由靜止釋放，金屬桿最終都恰好精確停在CD處；發(fā)射過程：開關(guān)打到S₂處，連接電壓U=100V電容器，金屬桿從CD位置開始向右加速發(fā)射。已知導(dǎo)軌間距為L=1.0m,sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s²，不計空氣阻力。
（1）供彈過程
①金屬桿運動到AB時刻，桿ab中電流方向為
（填“a-b”或“b-a”），a端電勢
于b端電勢（填“高”、“低”或“等”）。
②金屬桿到達AB處時速度為
m/s,從AB到CD所用時間為
s。
③為精確供彈，磁感應(yīng)強度B₁的大小為
T：3。
④如果某次金屬桿在傾斜軌道上距AB所在水平面高5m處由靜止釋放，運動到AB過程中電阻R的發(fā)熱量；
（2）發(fā)射過程
①如果CD右側(cè)導(dǎo)軌光滑且足夠長，則開關(guān)打到S₂處后金屬桿的運動情況為
。
A、勻加速運動
B、先是加速度變小的加速運動，后是勻速運動
C、勻速運動
D、先是加速度變大的加速運動，后是勻速運動
②當B₂多大時，金屬桿發(fā)射的最終速度最大？最大速度為多少？
（3）某次充填過程中，操作員沒有給電容器充電，然后將傾斜導(dǎo)軌頂端的單刀雙擲開關(guān)錯誤地打到S₂處后靜止釋放金屬桿，試分析說明金屬桿在傾斜軌道將做什么運動？如果B₁=3T，金屬桿的釋放點離AB的距離為10m,則金屬桿從釋放到下滑到AB的時間為多少？
發(fā)布：2024/9/4 1:0:8組卷：101引用：1難度：0.1
解析
2．電磁炮“電磁炮”（如圖甲）是利用電磁力對彈體加速的新型武器，如圖乙所示是“電磁炮”的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計，軌道寬為L=0.2m。在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=1×10²T，“電磁炮”的彈體總質(zhì)量m=0.2kg,其中彈體在軌道間的電阻R=0.4Ω，電源的內(nèi)阻r=0.6Ω，電源能為加速彈體提供的電流I=4×10³A，不計彈體在運動中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和空氣阻力。
（1）在某次試驗發(fā)射過程中，彈體所受安培力大小為
N；彈體從靜止加速到4km/s,軌道至少要
m；

（2）電磁炮的發(fā)射需要大量的電能瞬間釋放，這些電能需要電容器來儲存，這就需要對電容器先充電。如圖所示，導(dǎo)軌的左端連接電容C=5×10^-2F的電容器，開關(guān)S先接1，使電容器充電，電壓充到為U₀時將開關(guān)S接至2，炮彈受安培力作用開始向右加速運動。直流電源的a端為
（選填“正極”、“負極”或“可正可負”）；
（3）以下分析正確的是
。
A.強迫儲能器上端為正極
B.飛機的質(zhì)量越大，離開彈射器時的動能一定越大
C.強迫儲能器儲存的能量越多，飛機被加速的時間一定越長
D.平行導(dǎo)軌間距越小，飛機能獲得的加速度將越小
（4）充電過程中電容器兩極板間的電壓u隨電容器所帶電荷量q發(fā)生變化。請在圖中畫出u-q圖像。
（5）由上圖可知，充完電后電容器的電壓為
V；并可以借助圖像求出穩(wěn)定后電容器儲存的能量為
J。
發(fā)布：2024/9/26 4:0:1組卷：42引用：1難度：0.6
解析
3．“電磁炮”的模型示意圖如圖所示，光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計，軌道間距為L=0.1m,豎直向上的勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=1T，彈體總質(zhì)量m=0.01kg,彈體在軌道間的電阻R=1Ω，可控電源的內(nèi)阻r=4Ω，提供的電流I=0.2A，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射，不計空氣阻力。求：
（1）彈體所受安培力的大??；
（2）彈體從靜止加速到10m/s過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量。
發(fā)布：2024/7/27 8:0:9組卷：10引用：0難度：0.6
解析

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