Question

 圖1是導(dǎo)軌式電磁炮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定，其間安放金屬滑塊（即實(shí)驗(yàn)用彈丸）.滑塊可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑行，且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸.電源提供的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流入，經(jīng)過(guò)滑塊，再?gòu)牧硪粚?dǎo)軌流回電源.滑塊被導(dǎo)軌中的電流形成的磁場(chǎng)推動(dòng)而發(fā)射.在發(fā)射過(guò)程中，該磁場(chǎng)在滑塊所在位置始終可以簡(jiǎn)化為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于紙面，其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為B=kI，比例常數(shù)k=2.5×10^-6T/A.
已知：兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距l(xiāng)=1.5cm，滑塊的質(zhì)量m=30g，滑塊沿導(dǎo)軌滑行5m后獲得的發(fā)射速度v=3.0km/s（此過(guò)程視為勻加速運(yùn)動(dòng)）.
（1）求發(fā)射過(guò)程中電源提供的電流；
（2）若電源輸出的能量有4%轉(zhuǎn)換為滑塊的動(dòng)能，則發(fā)射過(guò)程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大？

Answer 1

（1）由勻加速運(yùn)動(dòng)公式可得

由安培力公式和牛頓第二定律得
F=IBl=kI²l，F(xiàn)=ma
因此   I==8.5×10⁵A
（2）滑塊獲得的動(dòng)能是電源輸出能量的4%，即PΔt×4%=mv²
發(fā)射過(guò)程中電源供電時(shí)間

所需電源輸出功率為　

由功率P=IU，解得輸出電壓

【試題分析】
本題把安培力和電路分析及碰撞知識(shí)巧妙地結(jié)合在一起，是一道綜合題.涉及勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量守恒、動(dòng)能定理及電路知識(shí)，知識(shí)容量大，考查同學(xué)們掌握知識(shí)的能力和分析解決綜合問題的能力.