Question

【題目】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)電磁推動(dòng)加噴氣推動(dòng)的火箭發(fā)射裝置,如圖所示.豎直固定在絕緣底座上的兩根長直光滑導(dǎo)軌,間距為L.導(dǎo)軌間加有垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場B.絕緣火箭支撐在導(dǎo)軌間,總質(zhì)量為m,其中燃料質(zhì)量為m′,燃料室中的金屬棒EF電阻為R,并通過電刷與電阻可忽略的導(dǎo)軌良好接觸.引燃火箭下方的推進(jìn)劑,迅速推動(dòng)剛性金屬棒CD(電阻可忽略且和導(dǎo)軌接觸良好)向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)回路CEFDC面積減少量達(dá)到最大值ΔS,用時(shí)Δt,此過程激勵(lì)出強(qiáng)電流,產(chǎn)生電磁推力加速火箭.在Δt時(shí)間內(nèi),電阻R產(chǎn)生的焦耳熱使燃料燃燒形成高溫高壓氣體,當(dāng)燃燒室下方的可控噴氣孔打開后,噴出燃?xì)膺M(jìn)一步加速火箭.

(1)求回路在Δt時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值及通過金屬棒EF的電荷量,并判斷金屬棒EF中的感應(yīng)電流方向;

(2)經(jīng)Δt時(shí)間火箭恰好脫離導(dǎo)軌,求火箭脫離時(shí)的速度v0;(不計(jì)空氣阻力)

(3)火箭脫離導(dǎo)軌時(shí),噴氣孔打開,在極短的時(shí)間內(nèi)噴射出質(zhì)量為m′的燃?xì)?噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度為u,求噴氣后火箭增加的速度Δv。(提示:可選噴氣前的火箭為參考系)

Answer 1

【答案】(1) 　　金屬棒中電流方向?yàn)镋→F (2) -gΔt　(3)

【解析】（1）根據(jù)電磁感應(yīng)定律有： ，
電荷量 ，根據(jù)楞次定律可知，電流方向?yàn)镋→F；
（2）平均感應(yīng)電流 ，平均安培力 ，
設(shè)豎直向上為正，根據(jù)動(dòng)量定理得：(mg)△t＝mv0
解得：

（3）以火箭為參考系，設(shè)豎直向上為正，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得：
-m′u+（m-m′）△v=0
解得：