电磁炮的制作2

[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 6V 9V 18V 36V 射程 0.81m 0.92m 1.12m 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 20 匝 50 匝 100 匝 200 匝 300 匝
射程 0.10m 0.41m 0.79m 0.83m 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 0.1g 0.25g 0.35g 0.5g 射程 0.48m 0.81m 0.56m 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： /contentpublish/news_detail.php?id=13278&nowmenuid=29&cpath=0504:&catid=504 /mil/2007-05/17/content_6111368.htm
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?