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近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术--航天飞缆航天飞缆是

近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术--航天飞缆航天飞缆是

2019-08-03 11:04 作者:织梦园 围观:80

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  近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术--航天飞缆,航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统.飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力,它还能清理“太空垃圾”等.从1967年至1999年的17次试验中,飞缆系统试验已获得部分成功.该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释.如图为飞缆系统的简化模型示意图,图中两个物体P、Q的质量分别为m

  ,柔性金属缆索长为l,外有绝缘层,系统在近地轨道作圆周运动.运动过程中Q距地面高为h.设缆索总保持指向地心,P的速度为v

  (1)飞缆系统在地磁场中运动,地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.设缆索中无电流,问缆索P、Q哪端电势高?此问中可认为缆索各处的速度均近似等于vP,求P、Q两端的电势差;

  (2)设缆索的电阻为R1,如果缆索两端物体P、Q通过周围的电离层放电形成电流,相应的电阻为R2,求缆索所受的安培力多大;

  ①物体的重力随地面高度h的变化情况:物体的重力近似地球对物体的吸引力,即近似等于

  ③当物体位于地面以下时,所受重力也比地面要小,物体越接近地心,重力越小,物体在地心时,其重力为零。

  5、双星问题:天文学上把两颗相距比较近,又与其他星体距离比较远的星体叫做双星。双星的间距是一定的,它们绕二者连线上的同一点分别做圆周运动,角速度相等。以下图为例

  要判定通电导线在安培力作用下的运动,首先必须清楚导线所在位置磁场的分布情况,然后才能结合左手定则准确判定导线的受力情况,进而确定导线的运动方向。常用的方法如下: 1.电流元法

  把整段弯曲导线分为多段直线电流元,先用左手定则判定每段电流元受力的方向,然后判定整段导线所受合力的方向,从而确定导线的运动方向,如在图中,要判定导线框abcd的受力可将其分为四段来判定,若将导线框换作导线环时,可将其分为多段直线)不同磁场区域中的直线电流当直导线处于不同的磁场区域中时,可根据导线本身所处的物理情景,将导线适当分段处理,如图甲中,要判定可自由运动的通电直导线AB在蹄形磁铁作用下的运动情况时,以蹄形磁铁的中轴线OO’为界,直导线在OO’两侧所处的磁场截然不同,则可将AB以OO’为分界点分为左右两段来判定。

  2.特殊位置法因电流所受安培力的方向是垂直于电流和磁场所决定的平面的,虽然电流与磁场之间夹角不同时电流所受安培力大小不同,但所受安培力的方向是不变的 (要求电流从平行于磁场的位置转过的角度不超过 180

  。)。故可通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置,然后判定其所受安培力的方向,从而确定其运动方向。如在上图甲中,初始位置磁场在平行于电流方向上的分量对电流无作用力,但一旦离开初始位置,此磁场分量就会对电流产生作用力,如上图乙所示。但此分量对电流在转动过程中作用力的方向不方便判定.可将此导线。,此时电流方向与该磁场分量方向垂直,用左手定则很容易判定出受力方向,如上图丙所示,3.等效法

  环形电流可以等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立。将环形电流与小磁针相互等效时,它们的位置关系可以认为是小磁针位于环形电流的中心处,N、S极连线与环面垂直,且N、S极与电流方向遵从安培定则。如在图中,两通电圆环同心,所在平面垂直,要判定可自南转动的圆环,I2的运动情况,可将其等效为一小磁针。

  根据要判定的电流或磁体所在处的磁感线分布,将其所在处的磁场等效为某一能够在该处产生类似磁场的场源电流或磁体,然后再用电流之间或磁体之间相互作用的规律来判定。如在图中,导线AB所在处的磁感线分布与位于其下方与纸面垂直的通电直导线在该处产生的磁感线类似(注意是类似而不是相同),所以可以将蹄形磁铁等效为一通电直导线.结论法

  当两电流之间或两等效电流之间发生相互作用时,可利用电流之间相互作用的规律直接判定,只是同前所述,此法应慎用。

  (1)两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,反向电流互相排斥;

  定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受的合力及运动方向。如在图中要判定磁铁所受电流的作用力,可以分析磁铁对电流的作用力。

  由于安培力的方向总是垂直于电流方向与磁场方向决定的平面,即F一定垂直于B和I,但B和I不一定垂直。因此涉及安培力的问题常呈现于三维空间中,要解决这类问题,需从合适的方位将立体图改画为二维平面图,再通过受力分析及运动情况分析,结合平衡条件或牛顿运动定律解题。

  电磁感应规律与闭合电路欧姆定律相结合的问题,主要涉及电路的分析与计算。解此类问题的基本思路是:(1)找电源:哪部分电路产生了电磁感应现象,则这部分电路就是电源。(2)由法拉第电磁感应定律求出感应电动势的大小,根据楞次定律或右手定则确定出电源的正负极。

  ①内电路:“切割”磁感线的导体和磁通量发生变化的线圈都相当于“电源”,该部分导体的电阻相当于内电阻。

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