“電磁*”是利用電磁力對*體加速的新型武器,具有速度快、效率高等優點。如圖是“電磁*”的原理結構示意圖。光滑水...
問題詳情:
“電磁*”是利用電磁力對*體加速的新型武器,具有速度快、效率高等優點。如圖是“電磁*”的原理結構示意圖。光滑水平加速導軌電阻不計,軌道寬為L=0.2 m。在導軌間有豎直向上的勻強磁場,磁感應強度B=1×102 T。“電磁*”*體總質量m=0.2 kg,其中*體在軌道間的電阻R=0.4 Ω。可控電源的內阻r=0.6 Ω,電源的電壓能自行調節,以保*“電磁*”勻加速發*。在某次試驗發*時,電源為加速*體提供的電流是I=4×103 A,不計空氣阻力。求:
(1)*體所受安培力大小。
(2)*體從靜止加速到4 km/s,軌道至少要多長?
(3)*體從靜止加速到4 km/s過程中,該系統消耗的總能量。
【回答】
(1)8×104 N (2)20 m (3)1.76×106 J
【解析】(1)在導軌通有電流I時,*體作為導體受到磁場施加的安培力為
F=BIL=100×4 000×0.2 N=8×104 N。
(2)由動能定理Fx=mv2
*體從靜止加速到4 000 m/s,
軌道至少要x== m=20 m。
(3)由F=ma
得a== m/s2=400 000 m/s2,
由v=at得t== s=0.01 s,
發*過程產生的熱量Q=I2(R+r)t=4 0002×(0.4+0.6)×0.01 J=1.6×105 J,
*體的動能
Ek=mv2=×0.2×4 0002 J=1.6×106 J,
系統消耗的總能量為
E=Ek+Q=1.76×106 J。
知識點:安培力與洛倫茲力單元測試
題型:計算題
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