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高中物理
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综合题
1.
(2022·深圳模拟)
科学家们知道月球上没有空气,无法靠降落伞减速降落,于是设计了一种新型着陆装置。如图所示,该装置由船舱、间距为l的平行导轨、产生垂直船舱导轨平面的磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁体和“∧”型刚性线框组成,“∧”型线框ab边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在一起,总质量为m,整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为v
0
, 接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速,在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为3r,“∧”型线框的7条边的边长均为l,电阻均为r;月球表面的重力加速度为
。整个运动过程中只有ab边在磁场中,线框与月球表面绝缘,不计导轨电阻和摩擦阻力。
(1) 求着陆装置接触到月球表面后瞬间线框ab边产生的电动势E和流过ab型线框的电流I
0
大小和方向;
(2) 求船舱匀速运动时的速度大小v;
(3) 如果再在磁场上方、两导轨之间连接一个质量不计电容为C的电容器,在着陆减速过程中还可以回收部分能量,在其他条件均不变的情况下,求船舱匀速运动时的速度大小v′和此时电容器所带电荷量q。
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