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题型:简答题
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简答题

据报道,最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮,其原理如图所示.炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间,并与轨道壁紧密连接.开始时炮弹静止在导轨的一端,通以电流后炮弹会被磁力加速,最后从位于导轨另一端的出口高速射出,设两导轨之间的距离d=0.10m,导轨长L=5.0m,炮弹质量m=0.30kg.导轨上的电流I的方向如图中箭头所示.可以认为炮弹在轨道内运动时,它所在处磁场的磁感应强度始终为B=2.0T,方向垂直于纸面向里.若炮弹整个加速过程仅需0.005s,(假设整个加速过程为匀加速运动且不计一切阻力.)求:

①该加速阶段炮弹的加速度

②通过导轨的电流I.

正确答案

解:

(1)由运动学公式可得:

解得:

(2)安培力为:F=BId

又:

F=ma,

解得:

I==6000A.

答:(1)炮弹的加速度为4000m/s2.(2)通过导轨的电流I为6000A.

解析

解:

(1)由运动学公式可得:

解得:

(2)安培力为:F=BId

又:

F=ma,

解得:

I==6000A.

答:(1)炮弹的加速度为4000m/s2.(2)通过导轨的电流I为6000A.

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简答题

如图所示,在磁感应强度B=1T、方向竖直向下的匀强磁场中,有一个与水平面成θ=37°角的导电滑轨,滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab.已知接在滑轨中的电源电动势E=12V,内阻r=0.1Ω.ab杆长L=0.5m,质量m=0.2kg,棒的中点用细绳经定滑轮与一物体相连(绳与棒垂直,与轨道面平行),物体的质量为M=0.3kg.杆与滑轨间的动摩擦因数μ=0.1,滑轨与ab杆的电阻忽略不计.求:要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值在什么范围内变化?(g取10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果保留两位有效数字)

正确答案

解:分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图,如图所示,

当ab杆恰好不下滑时,如图甲所示.由平衡条件有:

沿斜面方向T+mgsin θ=μFN1+F安1cos θ

垂直斜面方向FN1=mgcos θ+F安1sin θ

而F安1=B L,

代入数据解得:R1≈1.3Ω.

当ab杆恰好不上滑时,如图乙所示.由平衡条件有:

沿斜面方向:mgsin θ+μFN2=T+F安2cos θ

垂直斜面方向:FN2=mgcos θ+F安2sin θ

而F安2=BL,

代入数据解得:R2≈0.92Ω.

所以,要使ab杆保持静止,R的取值范围是0.92Ω≤R≤1.3Ω.

答:要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值的取值范围为:0.92Ω≤R≤1.3Ω

解析

解:分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图,如图所示,

当ab杆恰好不下滑时,如图甲所示.由平衡条件有:

沿斜面方向T+mgsin θ=μFN1+F安1cos θ

垂直斜面方向FN1=mgcos θ+F安1sin θ

而F安1=B L,

代入数据解得:R1≈1.3Ω.

当ab杆恰好不上滑时,如图乙所示.由平衡条件有:

沿斜面方向:mgsin θ+μFN2=T+F安2cos θ

垂直斜面方向:FN2=mgcos θ+F安2sin θ

而F安2=BL,

代入数据解得:R2≈0.92Ω.

所以,要使ab杆保持静止,R的取值范围是0.92Ω≤R≤1.3Ω.

答:要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值的取值范围为:0.92Ω≤R≤1.3Ω

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简答题

如图,质量为m的导体棒MN静止在水平导轨上,导轨宽度为L,已知电源的电动势为E,内阻为r,导体棒的电阻为R,其余部分电阻不计,磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为θ,磁感应强度为B

求:(1)作出导体棒的受力图

(2)导体棒MN所受的安培力.

(3)轨道对导体棒的支持力.

(4)导体棒MN所受的摩擦力.

正确答案

解:(1)棒的受力分析图如图所示:

(2)(3)(4)由闭合电路欧姆定律,有:

I=… ①

由安培力公式,有:

F=BIL…②

由共点力平衡条件,有:

Fsinθ=Ff …③

FN+Fcosθ=mg…④

整理得:

F=

Ff=

FN=mg-

答:(1)导体棒的受力图如图所示;

(2)导体棒MN所受的安培力为

(3)轨道对导体棒的支持力为mg-

(4)导体棒MN所受的摩擦力为

解析

解:(1)棒的受力分析图如图所示:

(2)(3)(4)由闭合电路欧姆定律,有:

I=… ①

由安培力公式,有:

F=BIL…②

由共点力平衡条件,有:

Fsinθ=Ff …③

FN+Fcosθ=mg…④

整理得:

F=

Ff=

FN=mg-

答:(1)导体棒的受力图如图所示;

(2)导体棒MN所受的安培力为

(3)轨道对导体棒的支持力为mg-

(4)导体棒MN所受的摩擦力为

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如图所示,在一个足够大、垂直纸面的匀强磁场中,用金属细线将粗细均匀的金属棒吊起,使其呈水平状态.已知金属棒长L=0.1m,质量m=0.1㎏,棒中通有I=20A方向向右的电流,g=10m/s2

(1)若细线拉力恰好为零,求磁场的磁感应强度B的大小和方向;

(2)若棒中电流大小不变,方向变为向左,金属棒依然呈水平状态,试计算金属棒对每根细线的拉力大小.

正确答案

解:(1)细线拉力恰好为零,根据平衡条件得:

BIL=mg               

解得:B===0.5T

根据左手定则知磁感应强度B2的方向为垂直纸面向里      

(2)若电流反向,设每根细线的拉力为F,安培力大小不变,方向反向,据平衡条件得:

BIL+mg=2F       

解得:F=mg=0.1×10=1N

答:(1)若细线拉力恰好为零,磁场的磁感应强度B的大小为0.5T,方向为垂直纸面向里;

(2)若棒中电流大小不变,方向变为向左,金属棒依然呈水平状态,金属棒对每根细线的拉力大小为1N.

解析

解:(1)细线拉力恰好为零,根据平衡条件得:

BIL=mg               

解得:B===0.5T

根据左手定则知磁感应强度B2的方向为垂直纸面向里      

(2)若电流反向,设每根细线的拉力为F,安培力大小不变,方向反向,据平衡条件得:

BIL+mg=2F       

解得:F=mg=0.1×10=1N

答:(1)若细线拉力恰好为零,磁场的磁感应强度B的大小为0.5T,方向为垂直纸面向里;

(2)若棒中电流大小不变,方向变为向左,金属棒依然呈水平状态,金属棒对每根细线的拉力大小为1N.

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简答题

如图所示,跟水平面成37°角且连接电源的光滑金属框架宽为20cm,一根重为G的金属棒ab水平放在金属框架,磁感应强度B=0.6T,方向竖直向上,当通过金属棒的电流为5A时,它刚好处于静止状态,求金属棒的重力大小.

正确答案

解:题中,金属棒与磁场垂直,所受安培力大小为F=BIL=0.6×5×0.2N=0.6N

金属棒处于静止状态时,受到重力G、安培力F和斜面的支持力N,由平衡条件得

G=Fcot37°=0.6×=0.8N

答:金属棒的重力大小0.8N.

解析

解:题中,金属棒与磁场垂直,所受安培力大小为F=BIL=0.6×5×0.2N=0.6N

金属棒处于静止状态时,受到重力G、安培力F和斜面的支持力N,由平衡条件得

G=Fcot37°=0.6×=0.8N

答:金属棒的重力大小0.8N.

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