某校项目学习小组制造了电磁弹射器,其等效电路如图所示(俯视图)。通过图中的理想自耦变压器可将
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的交流电电压升高,再通过直流转换模块(将交流电转换为直流电,且电压有效值不变)。图中的两个电容器的电容C=0.2F。两根固定于同一水平面内足够长的光滑平行金属导轨间距L=0.5m,电阻不计,磁感应强度大小B=1T的匀强磁场垂直于导轨平面向内。金属棒MN(含其上固定一铁钉)总质量m=100g、电阻R=0.25Ω(不计其他电阻)垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。开关S先接1,使两电容器完全充电,然后将S接至2,MN开始向右加速运动达到最大速度后离开导轨。已知理想自耦变压器的原副线圈匝数比为
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, 电容器储存电场能的表达式为:
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。求:
(1)直流转换模块输出端的电压UMN;
(2)开关S接1使电容器完全充电后,每块极板上所带的电荷量Q的绝对值;
(3)MN由静止开始运动时的加速度大小a;
(4)电容器储存电场能转化为MN棒动能的转化效率η。
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