高中物理练习：电磁感应系列之恒流源-学生版

电磁感应系列之恒流源

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一、单选题

I.电磁炮是一种新式兵器，可提高炮弹的速度和射程。如图所示是模拟电磁炮发射过程，光滑水平导轨

宽度为£=5cm、长度为x=80cm,轨道左侧接有恒流源/=100A,两导轨之间存在匀强磁场，磁感应强度

大小为A=1T,方向竖直向上。现将质量为〃?=5g、阻值为R=0.01C的金属炮弹垂直放置在水平导轨上。

某次发射测试中，金属炮弹从轨道最左侧由静止做匀加速直线运动，不计一切阻力及导轨电阻，下列说法

正确的是（）

A.电流从O流向CB|

B.金属炮弹加速过程中安培力的平均功率为200W

C.C、。两点间电压为IVC

D.该次发射消耗的电能为8J

2.如图所示，质量为1kg的导体棒长为0.5m,两端与长为1m的细软铜丝相连，悬挂在磁感线强度IT、方

向竖直向上的匀强磁场中。将两细软铜丝接入•恒流源，导体棒中的电流/始终保持不变，导体棒从最低

点由静止向上摆动，最大摆角为60。，忽略空气阻力。则（）

A.导体棒受到的安培力方向竖直向上OB。,

b、、八八1

B.导体棒中的电流/=20GA（6"'、、、——初?二工

C.每根铜线所能承受的最大拉力至少为（IOG-IO）N===

D.静止向上摆至最大摆角处需要的时间为扁s

3.如图所示，光滑“u”形导轨出心/固定在水平面内，匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度大小为8,质

量为阳、长度为L、电阻为R的金属杆■静止于导轨上，与劲度系数为%的轻弹簧相连，轻弹簧另一端固

定，导轨左端与一恒流源（无论外电路如何变化，电路中的电流方向不变，大小始终为/。）相连接。已知

物体做简谐运动时，回复力”二-履，周期丁=2乃后,从开关S闭合到弹簧的形变量第一次达到最大的过

程中，下列说法中错误的是（）

A.弹簧的最大形变量为一户

8"2尸

B.弹簧的最大弹性势能为一

k°

D-J2J2

C.金属杆的最大动能为一^

2ko

弹簧的形变量第一次最大时，弹力的冲量大小为31/1患

D.

二、解答题

4.如图所示，水平固定的”形金属导轨处在方向竖直向上、磁感应强度大小为4的匀强磁场中，

导轨左端通过电键K连接恒流源S,其中电流大小为/,方向由M流向N。两导体棒〃、〃垂直于导轨放置

并与两导轨紧密接触，其中导体棒通过水平绝缘细绳、定滑轮连接竖直吊起•重物已知两导体棒〃、

〃的接入电路的电阻均为R，。、b、。的质量均为加，导轨间距为d,除两导体棒电阻之外其余电阻不计,

不计一切摩擦阻力，重力加速度大小为g,重物c距地面足够高，绳子与导轨足够长。

⑴若电键K断开，

①外力使导体棒。以某一速度v向右匀速运动时导体棒合好能保持静止，求速度v：

②导体棒。固定，让重物c从静止释放，当重物c卜降力时，导体棒力恰好做匀速运动，求该过程中回路

产生的焦耳热。

(2)若电键K闭合，导体棒。固定，导体棒力作为“电动机''向右运动。求“电动机”机械效率为50%时导体棒

b的速度以。

试卷第2页，共4页

5.如图所示,两间距为/的足够K：平行光滑导轨,固定在倾角437。绝缘斜面上,两导轨间存在磁场.方

向垂直导轨平面向下，导轨一端接有电流为/的恒流源。一矩形线框"A锁定在导轨上，其中必、cd边

为金属导体，它们长均为/,质量均为加、电阻均为R；讹、仇/边为轻质绝缘体，它们长均为N(〃为正整

数)。以岫边的。点锁定的位置为坐标原点，沿导轨向下为正方向，建立x轴。已知磁感应强度8=(0.2+0.8x)

T,/=0.5m,m=0.02kg,R=0.2C,/=2A.导轨电阻不计,金属边与导轨接触良好。

(l)S断开，若〃=1,线框锁定解除，则线框运动速度v=lm/s时，(而边通过的电流//；

(2)S断开，若〃=1,线框锁定解除，则线框运动稳定后的速度w

(3)S闭合，若〃=3,现仅限心2/两导轨上涂上绝缘材料，且该区域两导轨间无磁场。线框锁定解除后，

振子的质量，人为回复力大小与位移大小之比的常数。)

0

6.福建号航空母舰卜.水，标志着我国正式进入三艘航空母舰时代，福建号航空母舰采用电磁弹射技术，

简单描述就是加速线圈与动子(动子图中未画出)连接推动舰载机运动，我国在这一领域已达到世界先进

水平。相关参数：电磁弹射加速道长S=100m,一-舰载机起飞速度4=80m/s,舰载机质量为7900kg,

加速线圈位于导轨间的辐向磁场中，磁感应强度大小均为3=5T。开关S掷向I接通电源，调节供电系统

可以实现舰载机匀加速直线运动，加速匕=2s后达到起飞速度，舰载机脱离加速线圈与动子起飞，此时开

关S掷向2接通定值电阻凡，在电磁阻尼作用下，加速线圈与动子刚好到达弹射轨道末端速度减小为0,

线置匝数〃=1(X)匝，每匝周长L=2m,动子和线圈的总质量〃?=l()0kg,R)=2kC,不计空气阻力和飞机

起飞对动了•运动速度的影响，求:

(I)恒流源提供的电流/；

试卷第4页，共4页

课后训练：

1.航空母舰上的弹射器能将质量为M的匕机在极短的时间内加速到起飞速度山，起飞前飞机紧贴在弹射

滑块.匕当弹射滑块与飞机•起速度达到跖时飞机被放飞(如图1)。某型弹射器利用超级电容的大电流

放电使动力杆获得动力，动力杆与弹射滑块为一整体，其工作原理可用图2加以说明：光滑导轨AG、BH

相距为L在C、。处各被一小段正对绝缘材料隔开，金属部分导轨电阻不计，左端接有电动势为E的电

源、单刀双掷开关S,和电容量为C的超级电容；右端接有单刀双掷开关S2和稳定输出电流的恒流源。

整个装置处于竖直向下磁感应强度为B的匀强磁场中。开始时动力杆〃(连带滑块质量为〃?)静止于A8

处，质量为的阻尼杆〃置于贴近C。的右侧；Si置于“1”处，S?置于“3”处；当电源给超级电容器C充

满电后，将$拨到“2”电容器放电，动力杆驱动飞机向右运动，到达C。时速度刚好为no飞机被放飞，接

着。和〃相碰两者合二为一成为一“双棒”整体，该“双棒”向右运动到“(图中未画出)后停止，为了使。、

b复位，把S2打到“4”利用恒流源将其推回。己知。、。棒的接入电阻相同即==试求：

(1)将Si拨至倒2"瞬间，飞机的加速度;

(2)飞机被弹射时电容器两端的电压U：

(3)在使“双棒”返回到过程中,

2.电磁弹射已成为现代航母弹射舰载机的重要设备,我国技术世界领先.小明同学经过研究，设计了电

磁弹射与能量I可收系统，其简化模型如图所示.两平行、间距d=lm的主导轨水平固定放置，左侧通过开

关3与电流/=IO,A的理想恒流源连接.一质量〃?=20kg的“往复车”置于两导轨上，与导轨间的摩

擦因数〃=0.2,并与导轨保持良好接触，需要弹射的质量M=80kg的飞机通过固定装置绝缘固定在轨道

车上.与主导轨平行且通过绝缘轨道连接的副轨道置于磁感应强度为8=1T的匀强磁场中，副导轨通过开

关&连接一能量回收电容器，右侧绝缘底座连接一缓冲弹簧.弹射飞机时，接通恒流源，强电流通过主导

物和"往复车'’在两道物间形成磁场.假设两平行导轨中的电流/在“往复车'’所在位置处产生的磁场始终可

以笥化为匀强磁场，其大小耳=47?惑xlO'T,在两导轨间的其它部分产生的磁场也可近似为匀强磁场,

其大小与之2片，方向均垂直导轨平面.如果我有飞机的“往复车”自导轨左端从静止开始被恒流源加速，

运动至主导轨末端时速度片=36m-s“，同时断开开关5、飞机脱钩分离，并在短时间内相对于“往好车”

以岭=15m,s”的速度水平起飞.在飞机起飞的同时“往复车”滑入副导轨，同时接通电开关S2,当其速