【題目】電磁彈射在電磁炮航天器、艦載機(jī)等需要超高速的領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,1所示為電磁彈射的示意圖。為了研究問題的方便,將其簡化為如圖2所示的模型(俯視圖)。發(fā)射軌道被簡化為兩個(gè)固定在水平面上、間距為L且相互平行的金屬導(dǎo)軌,整個(gè)裝置處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。發(fā)射導(dǎo)軌的左端為充電電路,已知電源的電動(dòng)勢為E,電容器的電容為C,子彈載體被簡化為一根質(zhì)量為m、長度也為L的金屬導(dǎo)體棒,其電阻為r。金屬導(dǎo)體棒,其電阻為r。金屬導(dǎo)體棒垂直放置于平行金屬導(dǎo)軌上,忽略一切摩擦阻力以及導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻。

(1)發(fā)射前,將開關(guān)Sa,先對(duì)電容器進(jìn)行充電。

a.求電容器充電結(jié)束時(shí)所帶的電荷量Q;

b.充電過程中電容器兩極板間的電壓y隨電容器所帶電荷量q發(fā)生變化。請?jiān)趫D3中畫出u-q圖像;并借助圖像求出穩(wěn)定后電容器儲(chǔ)存的能量E0;

(2)電容器充電結(jié)束后,將開關(guān)b,電容器通過導(dǎo)體棒放電,導(dǎo)體棒由靜止開始運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒離開軌道時(shí)發(fā)射結(jié)束。電容器所釋放的能量不能完全轉(zhuǎn)化為金屬導(dǎo)體棒的動(dòng)能,將導(dǎo)體棒離開軌道時(shí)的動(dòng)能與電容器所釋放能量的比值定義為能量轉(zhuǎn)化效率。若某次發(fā)射結(jié)束時(shí),電容器的電量減小為充電結(jié)束時(shí)的一半,不計(jì)放電電流帶來的磁場影響,求這次發(fā)射過程中的能量轉(zhuǎn)化效率。

【答案】(1)a.;b.;(2)

【解析】

(1)a、根據(jù)電容的定義

電容器充電結(jié)束時(shí)其兩端電壓U等于電動(dòng)勢E,解得電容器所帶電荷量

b、根據(jù)以上電容的定義可知,畫出q-u圖像如圖所示:

有圖像可知,穩(wěn)定后電容器儲(chǔ)存的能量為圖中陰影部分的面積,

Q代入解得

(2)設(shè)從電容器開始放電至導(dǎo)體棒離開軌道時(shí)的時(shí)間為t,放電的電荷量為,平均電流為,導(dǎo)體棒離開軌道時(shí)的速度為v

根以導(dǎo)體棒為研究對(duì)象,根據(jù)動(dòng)量定理,(或),

據(jù)電流定義可知(或

根據(jù)題意有,聯(lián)立解得

導(dǎo)體棒離開軌道時(shí)的動(dòng)能

電容器釋放的能量

聯(lián)立解得能量轉(zhuǎn)化效率

練習(xí)冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖,電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運(yùn)動(dòng),然后垂直射入電勢差為U2的勻強(qiáng)電場中,整個(gè)裝置處在真空中,重力忽略不計(jì)。在滿足電子能射出電場的條件下,下述四種情況下,一定能使電子的側(cè)移量y增大的是()

A. 增大,增大 B. 減小,減小

C. 減小,增大 D. 增大,減小

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】質(zhì)量m=0.1g,帶電荷量q=-4×10-7C的帶電粒子以v0=10m/s的速度從水平放置的平行金屬板A、B的中央飛入板間,剛好從A板邊緣飛出電場區(qū)域,如圖所示,已知板長L=1.0m,板間距離d=0.06m,不計(jì)粒子重力,試求:

①帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

②帶電粒子的加速度大小

③A、B兩板間的電壓

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,雙量程電壓表由表頭G和兩個(gè)電阻串聯(lián)而成。已知該表頭的內(nèi)阻Rg=500Ω,滿偏電流 Ig=1mA。下列說法正確的是

A. 表頭G的滿偏電壓為500 V

B. 使用ab兩個(gè)端點(diǎn)時(shí),其量程比使用a、c兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)大

C. 使用a、b兩個(gè)端點(diǎn)時(shí),若量程為0 ~10V,則R19.5kΩ

D. 使用a、c兩個(gè)端點(diǎn)時(shí),若量程為0 ~100V,則(R1+ R2)95kΩ

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示為兩組平行板金屬板,一組豎直放置,一組水平放置,今有一質(zhì)量為m的電子(電荷量為e)靜止在豎直放置的平行金屬板的A點(diǎn),經(jīng)電壓U0加速后通過B點(diǎn)進(jìn)入兩板間距為d、電壓為U的水平放置的平行金屬板間,若電子從兩塊水平平行板的正中間射入,且最后電子剛好能從右側(cè)的兩塊平行金屬板穿出,AB分別為兩塊豎直板的中點(diǎn),求:

1)電子通過B點(diǎn)時(shí)的速度大。

2)右側(cè)平行金屬板的長度;

3)電子穿出右側(cè)平行金屬板時(shí)的動(dòng)能。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】一足夠高的內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱氣缸豎直地浸放在盛有冰水混合物的水槽中,用不計(jì)質(zhì)量的活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,活塞的面積為1.5×10-3m2,如圖所示,開始時(shí)氣體的體積為3.0×10-3m3,現(xiàn)緩慢地在活塞上倒上一定質(zhì)量的細(xì)沙,最后活塞靜止時(shí)氣體的體積恰好變?yōu)樵瓉淼娜种弧TO(shè)大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa。重力加速度g10m/s2,求:

(1)最后氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為多少?

(2)最終倒在活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為多少千克?

(3)在PV圖上畫出氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化過程(并用箭頭標(biāo)出狀態(tài)變化的方向)。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】某一靜電實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,驗(yàn)電器A不帶電,驗(yàn)電器B的上面安一個(gè)幾乎封閉的金屬圓桶C,并且B內(nèi)的金屬箔片是張開的,現(xiàn)手持一個(gè)帶絕緣柄的金屬小球D,使D接觸C的內(nèi)壁,再移出與A的金屬小球接觸,無論操作多少次,都不能使A帶電.這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了(

A. C是一個(gè)等勢體(電勢處處相等)

B. C的內(nèi)部是不帶電的

C. C的內(nèi)部電勢為零

D. C的內(nèi)部場強(qiáng)為零

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】有一種圓珠筆,內(nèi)部有一根小彈簧。如圖所示,當(dāng)筆桿豎直放置時(shí),在圓珠筆尾部的按鈕上放一個(gè)100g的砝碼,砝碼靜止時(shí),彈簧壓縮量為2mm,F(xiàn)用這支圓珠筆水平推一本放在桌面上質(zhì)量為900g的書,當(dāng)按鈕壓縮量為3.6mm(未超過彈簧的彈性限度)時(shí),這本書恰好勻速運(yùn)動(dòng).(g10m/s2),下列說法正確的是(

A. 筆內(nèi)小彈簧的勁度系數(shù)是500N/m;

B. 筆內(nèi)小彈簧的勁度系數(shù)是50N/m;

C. 書與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)大小是0.02.

D. 書與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)大小是0.2.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】1957年,科學(xué)家首先提出了兩類超導(dǎo)體的概念,一類稱為I型超導(dǎo)體,主要是金屬超導(dǎo)體,另一類稱為II型超導(dǎo)體(載流子為電子),主要是合金和陶瓷超導(dǎo)體.I型超導(dǎo)體對(duì)磁場有屏蔽作用,即磁場無法進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部,而Ⅱ型超導(dǎo)體則不同,它允許磁場通過.現(xiàn)將一塊長方體Ⅱ型超導(dǎo)體通入穩(wěn)恒電流I后放入勻強(qiáng)磁場中,如圖所示.下列說法正確的是( )

A. 超導(dǎo)體的內(nèi)部產(chǎn)生了熱能

B. 超導(dǎo)體所受安培力等于其內(nèi)部所有電荷定向移動(dòng)所受洛倫茲力的合力

C. 超導(dǎo)體表面上a、b兩點(diǎn)的電勢關(guān)系為

D. 超導(dǎo)體中電流I越大,a、b兩點(diǎn)的電勢差越小

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