“电磁*”是利用电磁力对*体加速的新型武器，具有速度快、效率高等优点。如图是“电磁*”的原理结构示意图。光滑水...

问题详情：

“电磁*”是利用电磁力对*体加速的新型武器，具有速度快、效率高等优点。如图是“电磁*”的原理结构示意图。光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L=0.2 m。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=1×102 T。“电磁*”*体总质量m=0.2 kg，其中*体在轨道间的电阻R=0.4 Ω。可控电源的内阻r=0.6 Ω，电源的电压能自行调节，以保*“电磁*”匀加速发*。在某次试验发*时，电源为加速*体提供的电流是I=4×103 A，不计空气阻力。求：

(1)*体所受安培力大小。

(2)*体从静止加速到4 km/s，轨道至少要多长？

(3)*体从静止加速到4 km/s过程中，该系统消耗的总能量。

【回答】

(1)8×104 N　(2)20 m　(3)1.76×106 J

【解析】(1)在导轨通有电流I时，*体作为导体受到磁场施加的安培力为

F=BIL=100×4 000×0.2 N=8×104 N。

(2)由动能定理Fx=mv2

*体从静止加速到4 000 m/s，

轨道至少要x== m=20 m。

(3)由F=ma

得a== m/s2=400 000 m/s2，

由v=at得t== s=0.01 s，

发*过程产生的热量Q=I2(R+r)t=4 0002×(0.4+0.6)×0.01 J=1.6×105 J，

*体的动能

Ek=mv2=×0.2×4 0002 J=1.6×106 J，

系统消耗的总能量为

E=Ek+Q=1.76×106 J。

知识点：安培力与洛伦兹力单元测试

题型：计算题