电磁炮的制作2.doc

[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  
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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，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0.5~1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
0.81m
9V
0.92m
18V
1.12m
36V
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
0.10m
50匝
0.41m
100匝
0.79m
200匝
0.83m
300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
0.48m
0.25g
0.81m
0.35g
0.56m
0.5g
0.22m
4．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（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：

电磁炮图纸及工作原理
材料：废尺一把，硬纸板，开关一个，小灯泡一个，药瓶一个，漆包线，塑料管，回形针，弹簧，大头钉一个。
三视图：

构造图：

工作原理图：

制作电磁炮阿　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?