电磁炮基本原理的教学与实验模拟

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1、广西民族学院学报(自然科学版)第8卷第4期JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYFORNATIONALITIESVol.8No.42002年11月(NaturalScienceEdition)Nov.2002文章编号:1007-0311(2002)04-0074-03电磁炮基本原理的教学与实验模拟X潘彩娟,覃焕昌,黄红强(右江师专物理与电子信息科学系,广西百色533000)摘要:简述电磁炮的基本原理,分析线圈弹体与铁磁质弹体的受力情况,实验模拟铁磁质弹体的发射1关键词:电磁炮;原理;线圈弹体;铁磁质弹体;实验模拟中图分类号:O441文献标识码:A物理学理论的不断发展与完善,

2、有力地促进了社1线圈炮的基本原理会生产力的发展,也促进军事能源的不断变革,促进线圈炮的主要部件是螺线管,它是线圈均匀地密作战兵器的不断更新.枪、炮是作战的主要武器之一.绕在炮筒上,螺线管的单位长度的匝数为n,炮筒的上世纪以火药作为推动力运送炮弹,将火药置于密封内半径为R,l为螺线管的长度.螺线管通入电流的枪、炮管中,火药爆炸时产生的高温高压气体将弹i时,根据电磁学理论[2],螺线管沿轴的B-x关系1体推射出去.随着作战空间的不断加大,火药对提高如图1,在螺线管中部磁场均匀,端口附近磁场发散.炮弹在炮口的发射速度的能力已很有限,很有必要另螺线管端口附近p点B的轴向分量为辟新径.1x1985

3、年,美国国防科学委员会在装甲/反装甲Bx=nμ0i1(1-)(1)2R技术讨论会上就做出结论:“未来的高性能兵器必然式中μo为真空磁导率,x为p点坐标.B径向分量为[1]以电能为基础.”电磁炮是利用电磁发射技术制成一种先进的杀伤武器,未来的物理教师很有必要了解μ0ni1Br=r(2)电磁炮的基本原理.4R目前的电磁炮主要有轨道炮和线圈炮,而线圈炮(2)式r中为离螺线管轴线的距离.的基本原理可以用电磁学知识来分析,为了加强理论与实践应用的联系,我们着重介绍线圈炮.X收稿日期:2002206210.作者简介:潘彩娟(19652),广西百色市人,广西右江民族师专物电系讲师,主要研究方向:大学物

4、理及其实验的教学;覃焕昌(19672),广西乐业县人,广西右江民族师专教务处副处长,电子工程师;黄红强(19652),广西田东县人,广西右江民族师专物电系,讲师1742002年第4期●潘彩娟,等/电磁炮基本原理的教学与实验模拟1.2铁磁质弹体弹体为铁磁质材料,设铁磁质弹体b与螺线管相对位置为x′(x′

5、定数量的线圈,如图2所示.当螺由于电感L与几何形状有关,从(8)式看这时螺线管线管通入电流i1时,弹体线圈感应电流为i2,为计算电感是x′的函数.方便,在发生相互作用瞬间,可认为i1、i2为恒量.根系统的总能量为据安培力公式W=∫i1dΦ(9)dF=i2dl→×B(3)x′为常数利用斯托克斯(G.G.Stokes)公式把(8)式带入(9)式,由于x′保持常数,使电感也是常数,因此,可把电感拿到积分号外,jB·dl=k(ý×B)·ds(4)Φ112sW=ΦdΦ=L(x′)i(10)L(x′)∫21可以推出弹体线圈在磁场中所受平移力的公式为0根据虚功原理,沿x′轴方向的力为F=ji2dl×B

6、=i2ýΦ(5)l•W12dL(x′)fx′=-

7、Φ=i1(11)Φ为穿过弹体线圈的磁通量1•x′2dx′利用(5)式可以算出线圈弹体在螺线管端口处所把(8)式带入(11)式,可求得弹体受到沿x′轴方向的受的平移推力为力为2221μ0nlsi1F=nμ0i1i2si^(6)fx′=-2(12)2R2(x′+l)其中s为弹体的截面积.所以,线圈弹体在螺线管端负号表示铁磁质弹体受力的方向与x′轴的方向相口处受斥力作用.反.所以铁磁质弹体被螺线管吸引,而不是被排斥,这若弹体在螺线管中部时,与我们的实验结果是一致的.而且电磁学知识也表ýΦ=0明,铁磁质物质被吸引到较强的磁场区域.因此,线圈弹体在

8、螺线管中部受磁场的平移力为零.若铁磁质弹体放在螺线管中部,则•W=0•x′所以,铁磁质弹体在螺线管中部时,所受到的轴向作用力也为零.2实验模拟[3]线圈弹体的发射与我们在文献中的交流跳圈演示实验相同,在此我们就不再赘述.我们着重讨论图2线圈弹体铁磁质弹体发射的模拟实验.我们设计如图3的电路图,用直径为0.4mm的75广西民族学院学报(自然科学版)2002年11月第8卷漆包线绕在内径约为6mm、长15cm的玻璃管上,漆3实际应用包线绕