Question

近期《科學(xué)》中文版的文章介紹了一種新技術(shù)--航天飛纜，航天飛纜是用柔性纜索將兩個(gè)物體連接起來在太空飛行的系統(tǒng)。飛纜系統(tǒng)在太空飛行中能為自身提供電能和拖曳力，它還能清理"太空垃圾"等。從1967年至1999年17次試驗(yàn)中，飛纜系統(tǒng)試驗(yàn)已獲得部分成功。該系統(tǒng)的工作原理可用物理學(xué)的基本定律來解釋。

下圖為飛纜系統(tǒng)的簡化模型示意圖，圖中兩個(gè)物體P，Q的質(zhì)量分別為m_P、m_Q，柔性金屬纜索長為l，外有絕緣層，系統(tǒng)在近地軌道作圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中Q距地面高為h。設(shè)纜索總保持指向地心，P的速度為v_P。已知地球半徑為R，地面的重力加速度為g。

（1）飛纜系統(tǒng)在地磁場中運(yùn)動(dòng)，地磁場在纜索所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外。設(shè)纜索中無電流，問纜索P、Q哪端電勢高？此問中可認(rèn)為纜索各處的速度均近似等于v_P，求P、Q兩端的電勢差；

（2）設(shè)纜索的電阻為R₁，如果纜索兩端物體P、Q通過周圍的電離層放電形成電流，相應(yīng)的電阻為R₂，求纜索所受的安培力多大；

（3）求纜索對(duì)Q的拉力F_Q。

Answer 1

（1）P、Q兩點(diǎn)電勢差  U_PQ=Blv_p，P點(diǎn)電勢高

（2  安培力

（3）

解析:

（1）纜索的電動(dòng)勢  E=Blv_p

 P、Q兩點(diǎn)電勢差  U_PQ=Blv_p，P點(diǎn)電勢高

（2）纜索電流

  安培力

（3）Q的速度設(shè)為v_Q，Q受地球引力和纜索拉力F_Q作用

            ①

P、Q角速度相等         ②

又                           ③

聯(lián)立①、②、③解得：