高斯炮论文 高斯炮中磁相互作用的研究.doc

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1、高斯炮中磁相互作用的研究【摘要】：在没有磁性的轨道上放置磁铁，并在其后把若干个钢球排成一列，当另一个钢球以很小的初始速度撞向磁铁，则磁铁另一侧的钢球会以一个令人惊讶的高速弹出。设计静态和动态磁相互作用力的测量方法。分析高斯炮的作用原理，研究系统的能量转换。尝试通过理论计算分析实验结果。【关键词】：高斯炮，钢球，能量转换。引言：和先进的核聚变技术，新型能量来源，超空间技术和进步的合金冶炼技术相比，投射武器简直就是快报废的老古董。但也因为能量技术的进步，让它找回自己在新世纪中的定位：它的原理早在20和21世纪就被熟知：粒子加速。高斯炮就是一座大型的粒子加速器，成吨重的炮弹被巨大的电磁场

2、加速，这些炮弹的出膛速度是如此之高，它燃尽了周遭空气中的尘埃，后座力撼动大地。它的破坏力足以击穿任何现代的装甲，防护盾被击穿也不是少数例子。有时甚至能把目标直接打个对穿。实验原理和数据分析一.高斯炮如下图所示，入射球在磁力作用下，获得动能，撞击小球，能量传递，根据动量守恒，最后的小球将以一速度飞出。图1球以很小的速度入射图2射出的球将以更高的速度射出其中存在着撞击损耗，摩擦力损耗，所以前后小球的能量不能做到守恒，本试验研究小球所受力的情况，并且研究能量的变化小球质量m=11.296g，直径d=13.949mm。图3实验中的入射球图4实验中的出射球二．静态力，动态力的测量。图5静态力

3、的测量法一：如上图所示，M的重力即可视为小球在次位置所受的磁力，可以用拉力传感器代替M，直接读出小球各位置所受力的情况。法二：测量小球所受磁场，估算所受力1）有磁性的入射小球(X为小球离磁块距离，F为所受力)X/mmF1/NF/N016.3618.190.76811.2913.121.1789.1610.991.587.29.032.0346.418.242.3945.227.052.8084.616.443.2323.915.744.4512.384.215.5121.313.148.5120.492.3211.5120.061.8933.512-1.830由上表知静态力的大小1

4、8.19N（入射球刚要脱离未脱离磁块时所受力），动态力如右曲线图（图6）所示。呈下降趋势。下面为小球在距离磁块特定距离下的磁感应强度大小入射球所受磁感应强度：出射球所受磁感应强度：图7图81）无磁性的入射小球(X为小球离磁块距离，F为所受力)X/mmF1/nF/N6.90.610.370.580.2780.490.1890.460.15100.430.12110.40.09120.370.06130.350.04140.340.03150.340.03160.320.01170.310180.310190.310200.310250.310由上表知静态力大小0.3N，动态力如右图（

5、图9）所示。下面为小球在距离磁块特定距离下的磁感应强度大小入射球所受磁感应强度：出射球所受磁感应强度：图10图11三．撞击前后能量的研究1）有磁性入射小球入射球的时间速度曲线14图12由图12知入射球的最终（最大）速度为V=1.445m/s所具有的动能W1=1/2*m*v^2=11.8Mj出射球的时间速度曲线图13由图13知出射球的最大速度V=1.61m/s.所具有的动能W2=14.6mJ由图6做积分知道磁力所做功W=FX=78.3mj1）无磁性的入射小球入射球的时间速度曲线图14由图14知入射球所具有的初速度为V1=56.7cm/s末速度V2=62.8cm/s所获得能量为W3=0

6、.411Mj出射球的速度时间曲线图15由图15知出射球的最大（初始）速度V3=49.7cm/s所具有能量W4=1.4Mj由图6F-X积分所得磁力所做功W=FX=0.8735Mj.实验总结，由以上数据显示，无磁入射球与有磁入射球的出射球的能量都高于入射球的能量，假定俩球质量相同，显然实验数据存在问题，速度的测量及处理存在问题，可能在用软件处理视频时存在操作上的失误，也可能是实验操作误差。根据动能定理以及动量守恒可以得知俩球的速度应该近似相同，有磁性情况下，V1=1.445m/s，V2=1.61m/s无磁性情况下，V3=62.8cm/sV4=49.7cm/s,可以看到近似成立的（速度测

7、量有一定误差存在），但是有磁性力与位移的积分计算存在巨大误差，磁力做功78.3mj，而小球能量仅有11.8mj，显然不应该存在如此大的摩擦力，相反，无磁性的情况下，磁力做工0.8735mj，小球能量0.411mj，摩擦损耗为0.4625mj，可以接受。所以本次试验几乎只是摸清物理规律，并自己动手测量物理规律，实验测量存在巨大问题，以后会注意。参考文献1)DavidKagan，EnergyandMomentumintheGaussAccelerator［J］，THEPH