Question

【题目】“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快，效率高等优点。如图是“电磁炮”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＝0.2m。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1×102T。“电磁炮”弹体总质量m=0.2kg，其中弹体在轨道间的电阻R＝0.4Ω。可控电源的内阻r=0.6Ω，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是I＝4×103A，不计空气阻力。求：

（1）弹体所受安培力大小；

（2）弹体从静止加速到4km/s，轨道至少要多长？

（3）弹体从静止加速到4km/s过程中，该系统消耗的总能量；

（4）请说明电源的电压如何自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。

Answer 1

【答案】(1)（2）（3）1.76×106J（4）匀加速发射

【解析】

当导轨上通入电流后，炮弹在安培力的作用下，做初速度为零匀加速直线运动，因此根据牛顿第二定律求出加速度然后利用运动学公式即可求解．消耗的总能量转化为弹体的动能和热量；由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压应增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，是电磁炮匀加速发射．

（1）在导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为：F=ILB=8×104N
（2）由动能定理：Fx=mv2
弹体从静止加速到4000m/s，轨道至少要x==20m
（3）由F=ma，v=at
发射过程产生的热量：Q=I2（R+r）t=1.6×105J
弹体的动能：Ek＝mv2＝1.6×106J
系统消耗的总能量E=Ek+Q=1.76×106J
（4）由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压应增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，是电磁炮匀加速发射．