我国对电磁轨道炮的研究已获得较大成功,目前正在对其进行改进,主要是加大弹丸的发射重量,以达到发射精确制导炮弹的水平.如图为我国某次电磁轨道试验发射情景,假设轨道水平且所加磁场为匀强磁场,不计空气及摩擦阻力.下列说法正确的是( )


A.磁场方向与炮弹发射方向平行时可增大炮弹发射的最大速度 |
B.炮弹最大发射速度与炮弹质量成反比 |
C.炮弹最大发射速度与磁感应强度成正比 |
D.增大回路中的电流可增加炮弹的最大发射速度 |
据报道,最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮,其原理如图所示,炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间,并与轨道壁接触良好,开始时炮弹在导轨的一端,通以电流后炮弹会被磁力加速,最后从位于导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离d = 0.10 m,导轨长L= 5.0 m,炮弹质量m = 0.30 kg,导轨上的电流I的方向如图中箭头所示,可以认为,炮弹在轨道内运动时,它所在处磁场的磁感应强度始终为B=2.0 T,方向垂直于纸面向里.若炮弹出口速度为v = 2.0×103 m/s,求通过导轨的电流I的大小,忽略摩擦力与重力的影响。

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。其原理结构可简化为如图甲所示的模型:两根无限长、光滑的平行金属导轨MN、PQ固定在水平面内,相距为L,“电磁炮”弹体为质量为m的导体棒ab,垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,弹体在轨道间的电阻为R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,“电磁炮”电源的电压能自行调节,用以保证“电磁炮”在轨道上做匀加速运动最终发射出去,其中可控电源的内阻为r,不计空气阻力,导轨的电阻不计。求:
(1)考虑到电磁感应现象,定性描述电源的电压如何自行调节,才能保证“电磁炮”匀加速发射;
(2)弹体从静止经过时间t加速到v的过程中系统消耗的总能量;
(3)把此装置左端电源换成电容为C的电容器,导轨倾斜,与水平夹角为θ(如图乙所示),使磁场仍与导轨平面垂直,将弹体由静止释放,某时刻其速度为v1,定性画出该过程导体棒运动的v—t图象,并写出必要的分析和推理过程。
(1)考虑到电磁感应现象,定性描述电源的电压如何自行调节,才能保证“电磁炮”匀加速发射;
(2)弹体从静止经过时间t加速到v的过程中系统消耗的总能量;
(3)把此装置左端电源换成电容为C的电容器,导轨倾斜,与水平夹角为θ(如图乙所示),使磁场仍与导轨平面垂直,将弹体由静止释放,某时刻其速度为v1,定性画出该过程导体棒运动的v—t图象,并写出必要的分析和推理过程。
