1、原创 电磁炮的研究与制作默认分类 2007-08-13 18:02 阅读 702 评论 9 字号： 大 中 小 19 世纪，英国科学家法拉第发现，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上会产生电流；而如果给位于磁场中的导线通电，则这根导线将会受到一个力的推动。这就是著名的法拉第电磁感应定律。正是根据这一定律，人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机。电动机产生的强劲扭矩启示了科学家和军事家，如果把磁场中的这根导线换成一个导轨，上面再搁一枚炮弹，或干脆把导线换作一枚可导电的炮弹，这枚炮弹能不能被发射出去呢？1901 年，挪威人克里斯廷伯克兰制造出了世界上第一台电磁发射器，开创了电磁炮的先河。目
2、前，电磁炮受到各个国家的关注，因为它具有普通火炮无法比拟的优势：炮弹的速度快，射程远，精度高，威力大。普通炮弹的飞行速度最高约 1800 米/ 秒，而电磁炮炮弹弹丸的速度可达其 3 倍以上，威力巨大。电磁炮作为发展中的高技术武器，具有广阔的军事前景。可以预见，电磁炮将很快成长为现代战场强有力的武器。为了更好的了解关于电磁炮的一些特性，研究各种因素对其性能影响的大小，并提高自己的动手能力，我决定自己动手制作一个电磁炮模型。首先我上网查询了有关资料（见附），了解了电磁炮的历史、特点、前景及工作原理。了解了工作原理，接下来就要动手制作模型了。我首先设计了电磁炮模型的图纸（见图纸），然后准备了制作材料
3、，大部分材料来自生活中的废品，也算是废物利用。有硬纸板，断尺，回形针，圆珠笔弹簧等（详见图纸）。经过一段时间的剪剪拼拼，电磁炮雏形出现在我眼前。开始试验了，由于起初使用了 220V 电源，而线圈又太细，刚接通电源，线圈就烧坏了。无奈，只能再做了个电池盒，可装入 4 节 5 号电池，总电压 6V（必要时可再接外接电源以增加电压）。为了方便观察，最后还在炮上装了个指示灯。试验下来，电磁炮模型射程为 0.51 米（原始型：6V 电压；100 匝线圈；撞针 0.25 克；无电容）模型做好后，就该研究影响其性能的因素了。1首先想到的便是电压；本以为电压对射程的影响会很大，应该会成正比关系。可是实验下来的
4、结果却让我颇感意外。以下是实验数据（取 5 次平均值）：电压 射程6V 0.81m9V 0.92m18V 1.12m36V 1.68m实验数据表明，虽然随电压升高，射程是有所增加，但是增加量很有限，与电压的升高不成比例。2线圈匝数；毋庸质疑，线圈匝数对电磁炮的射程一定有影响，那影响到底怎样呢？以下为实验数据（取 5 次平均值）：线圈匝数 射程20 匝 0.10m50 匝 0.41m100 匝 0.79m200 匝 0.83m300 匝 0.90m可见，当线圈匝数较少时，匝数对射程的影响非常大，但当线圈匝数较大，特别是上百以后，线圈匝数对射程的影响就不是那么明显了。而且线圈匝数太多的话，会造成炮
5、管过重，出现“垂头”现象，影响射击。3撞针质量；撞针的质量对射程也有一定影响，以下为实验数据（取 5 次平均值）：撞针质量 射程0.1g 0.48m0.25g 0.81m0.35g 0.56m0.5g 0.22m4电容；有无电容对电磁炮射程的影响很大。我在电磁炮中临时加入了一个容量较大的电解电容器，射程一下由一米以下增加到 1.5 米左右。5炮弹放置位置；在一次射击试验中，我装炮弹时无意间未把炮弹完全推入炮管。炮弹就置在炮管口，我就击发了。而令我意外的是，电磁炮的射程大大增加了。我又重新做了几次试验，结果射程还是大大增加。于是发现，把炮弹放置在炮管口，靠撞针的瞬间撞击力发射炮弹的射程会比以前（
6、炮弹放置在炮管底，靠撞针的长时间推力发射炮弹）大许多。以上实验数据已充分体现了电压、线圈匝数、撞针质量、电容、炮弹放置位置对电磁炮射程的影响。（注：以上结论仅针对本人的撞针式电磁炮）通过这次自己动手制作电磁炮模型，我充分了解了电磁炮的一些特性，了解了各种因素对其性能影响的大小，并提高自己的动手能力，使我们的物理知识在生活中得到了实践，而且充分进行了废物利用。电磁炮作为未来的高技术武器，受到了世界上各个国家的关注，各国纷纷对电磁炮进行积极的研究，某些发达国家还将建造飞行速度 2500 米/ 秒，射程达370 公里的电磁炮。虽然我对于电磁炮的这次制作与研究只是进行初步的了解，但我想，通过我国无数人
7、对于电磁炮的研究，无论是浅层的还是深入的，我国一定会研究出属于自己的性能优秀的电磁炮。为未来我国的政治军事地位奠定良好的基础，遏制霸权，传播和平。苏州市第十中学费付聪附：参考资料：http:/ 灵电磁炮是一种利用电流磁场产生的作用力驱动炮弹加速运动的武器,由于它具有无声、无烟、可控等特点,所以它己引起许多军事科学家的兴趣和重视,右图是用于教学演示的电磁炮实验装置,其“炮弹”是放于上部线圈内的一根缝衣针,其下部是供给线圈电能的电源装置,合上开关后,缝衣针能飞向数米远的射击目标。 为什么电源开关合上后缝衣针会飞出呢?这可以通过下面简单电磁炮的实验原理装置进行实验研究,右图中 K 为单刀双掷开关,C
8、 为容量较大的电解电容,L 为电磁炮的驱动线圈(自制), 实验时先将 K 扳向 1,使 C 处于充电状态,然后将 K 扳向 2,这时 C 进入放电状态,电容 C 内的约 0.1 库的电量在 1 毫秒之内通过 L 进行放电,形成瞬间强大放电流(近 100A),从而产生一个瞬态较大的磁场力,使电磁炮管内的缝衣针很快飞出。 电磁炮的驱动线圈是用直径 0.5 毫米的漆包线在外径 6 毫米的空心玻璃管上乱绕 50 匝即可, 电磁炮的 “炮弹” 可用大头针或细铁丝替代。 实验时 E 取 24V,C 取 4000 微法,大头针一般可达 0.3 米,看你的实验效果能超过 0.3 米多少? 关于电磁炮实验的问题与思考: 1.电磁炮实验中线圈 L 若与直流电源正直接相连能否使大头针飞出? 为什么? 2.大头针在炮管内的放置位置与射程是否有关? 你实验研究结果大头针针尖距 L 左端多少毫米为最佳 ? 3.电源 E 的电压高低,与射程是否有关 ?试一下并说明其原因 ? 4.电容器 C 的电容量与射程是否有关? 通过多个电容器并联或串联改变电容器的总容量试一下射程和果,并请分析和说明其因? 5.提高电磁炮射程上述几种方法以外还可用什么方法?
