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圖2-24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=2.5×10 -6 T/A.

已知兩導軌內側間距l=1.5 cm,滑塊的質量m=30 g,滑塊沿導軌滑行5 m后獲得的發射速度v=3.0 km/s(此過程視為勻加速運動).

圖2-24

(1)求發射過程中電源提供的電流強度.

(2)若電源輸出的能量有4%轉換為滑塊的動能,則發射過程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大?

解析:(1)由勻加速運動公式

 a= =9×105 m/s 2

由安培力公式和牛頓第二定律,有

F=BIl=kI2l, kI2l=ma 

因此I= =8.5×105 A

(2)滑塊獲得的動能是電源輸出能量的4%,即:

 PΔt×4%=mv2

發射過程中電源供電時間Δt=×10-2 s

所需的電源輸出功率為=1.0×109 W

由功率P=IU,解得輸出電壓:U==1.2×103 V

答案:(1)8.5×105? A(2)1.0×109? W,1.2×103 V

練習冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解