Question

【題目】下圖是導軌式電磁炮實驗裝置示意圖。兩根平行長直金屬導軌沿水平方向固定，其間安放金屬滑塊（即實驗用彈丸）。滑塊可沿導軌無摩擦滑行，且始終與導軌保持良好接觸。電源提供的強大電流從一根導軌流入，經過滑塊，再從另一導軌流回電源。滑塊被導軌中的電流形成的磁場推動而發射。在發射過程中，該磁場在滑塊所在位置始終可以簡化為勻強磁場，方向垂直于紙面，其強度與電流的關系為B=kI，比例常量k=5×10-7T/A。已知兩導軌內側間距L=2.0cm，滑塊的質量m=40g，滑塊沿導軌滑行2m后獲得的發射速度v=100m/s（此過程視為勻加速運動）。

（1）求發射過程中電源提供的電流強度。

（2）若此滑塊射出后隨即以速度v沿水平方向擊中固定在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度為s。設滑塊質量為m，求滑塊對砂箱平均沖擊力的表達式

Answer 1

【答案】（1）1.0×105A（2）

【解析】（1）對滑塊由勻加速運動公式：

解得：

滑塊所受安培力：

對滑塊由牛頓第二定律得： ，解得： ；

（2）對滑塊用動能定理，有：

解得平均沖擊力：