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高中物理
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综合题
1.
(2024高二下·上海市月考)
2022年4月16日上午,被称为“感觉良好”乘组的神舟十三号结束太空出差,顺利回到地球。为了能更安全着陆,现设计师在返回舱的底盘安装了4台电磁缓冲装置。电磁缓冲装置的主要部件有两部分:(1)缓冲滑块,外部由高强度绝缘材料制成,其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈
abcd
;(2)返回舱,包括绝缘光滑缓冲轨道
MN
、
PQ
, 缓冲轨道内存在稳定匀强磁场,方向垂直于整个缓冲轨道平面。当缓冲滑块接触地面时,滑块立即停止运动,此后线圈与返回舱中的磁场相互作用,直至达到软着陆要求的速度,从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时,返回舱的速度大小为
v
0
, 4台电磁缓冲装置结构相同,如图所示,为其中一台电磁缓冲装置的结构简图,线圈的电阻为
R
,
ab
边长为
L
, 返回舱质量为
m
, 磁感应强度大小为
B
, 重力加速度为
g
,一切摩擦阻力不计。
(1) 返回舱下降过程中
ab
杆两端
端的电势高,
ab
两端电势差为
。
(2) 下列关于电磁阻尼缓冲装置分析中正确的是____
A .
磁场方向反向后不能起到阻尼的作用
B .
只增加导轨长度,可能使缓冲弹簧接触地面前速度为零
C .
只增加磁场的磁感应强度,可使缓冲弹簧接触地面前速度减小
D .
只增加闭合线圈电阻,可使缓冲弹簧接触地面前速度减小
(3) 缓冲滑块着地时,求返回舱的加速度
a
。
(4) 假设缓冲轨道足够长,线圈足够高,试分析返回舱的运动情况及最终软着陆的速度
v
。
(5) 若返回舱的速度大小从
v
0
减到
v
的过程中,经历的时间为
t
, 求该过程中返回舱下落的高度
h
和每台电磁缓冲装置中产生的焦耳热
Q
。(结果保留
v
)
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