实验名称：电磁炮

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1、实验名称：电磁炮【实验目的】探究电磁炮的基本原理【实验器材】电磁炮演示实验仪【现象探究】1.将靶放在炮弹前进的方向，估计好炮弹应打到的位置；2.把金属炮弹放进尾部炮筒，要使炮弹全部进入，这样利于炮弹射出；3.按下触发开关，观察炮弹非处的现象。 【实验原理】电磁炮的结构原理电磁炮是利用电磁力代替火药爆炸力来加速弹丸的电磁发射系统，它主要有电源、高速开关、加速装置和炮弹组成。根据通电线圈磁场的相互作用原理，加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生交变磁场就会在线圈中产生感应电流，感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场相互作用，使

2、弹丸加速运动并发射出去。发射时，电流由一条导轨流经电枢，再由另一条导轨流回，而构成闭合回路。强大的电流流经两平行导轨时，在两导轨间产生强大的磁场，这个磁场与流经电枢的电流相互作用，产生强大的电磁力，该力推动电枢和置于电枢前面的弹丸沿导轨加速运动，从而获得高速度。根据毕奥--萨伐尔定律和安培定律可推得，电枢受到的电磁场的作用力与电流强度的平方成正比，即F=KL2由此可见，要想获得弹丸的高速度，必须供给轨道强大的电流。通常该电流的数值在兆安级。而电流的脉冲宽度在毫秒数量级。【注意事项】1.不要长时间频繁通电，防止线圈发热过度，影响

3、使用寿命。不用时请将总电源插头拔掉，切断电源。2.由于三相交流电有相序之分，若所接相序与本仪器所要求相序不同，则炮弹会弹出相反的方向。所以，发射时请勿站在炮筒尾部，此时将相序调换即可。【学习探究】1.电磁炮获得的初速度与那些因素有关？电磁炮获得的初速度与电磁炮在炮体内获得的加速度和炮体长度有关。电磁炮是通过通电流,即电磁场加速的原理，根据F=BIL和F=ma，炮弹(金属体)在通电后能获得一个电场力F,再除去自身重量m,就能获得一个加速度a，炮弹在弹膛(准确来说是电磁系统)里会有一段加速距离，初速度v=at。而加速度a和电流I，

4、场强B，还有导体长度(炮弹长度)L有关。2.如何提高电磁炮的初速度？增大场强B，电流I，导体长度（炮弹长度）L。减小炮弹的质量。3.在炮弹的初速度一定的条件下，如何改变炮弹的射程？可以通过改变电磁炮和水平方向的夹角大小来改变炮弹的射程，但夹角并不是越大越好。【实验总结】电磁炮要实际应用必须考虑以下问题：一是如何能重复使用。高发射速度和炮口动能对轨道的损伤是致命的，要求其轨道材料必须有足够的强度和刚度，必须能承受强大电流。二是高功率脉冲电源技术。高功率脉冲电源的主要功能是为发射装置提供能量，目前的主要技术瓶颈是小型化问题。在19

5、80年，美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮基本就是这样的结构。它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米。如果是在真空中，这个速度还可提高到每秒8~10千米，这已经超过了第一宇宙速度，具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格。三是开关问题。在极短时间内把存储的能量释放出来，一个关键部件就是大功率开关。此外，还要考虑制导炮弹发射后，弹丸的稳定飞行、制导与控制的有效性等关键因素。总之，电磁炮已经100多岁了，但至今还未长成。就美国的研究成果而言,电磁轨道炮系统将以7马赫的速度发射电磁炮弹，射程达370千米.可以预见随技术

6、的进步,射程还将延长.在弹药的选择上,电磁炮具有与普通舰炮相比更宽广的选择面,能利用电磁能或电热能发射各种弹丸.更能用来打击飞机、卫星和导弹等各种目标,完成更多的任务.具有初速高、加速快、飞行时间短、火力猛、抗电子干扰能力强和毁伤效果好等特点。