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.炮弹质量;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
ag 0.48m
25ag 0.81m
35ag 0.56m
50ag 0.22m
(没天平)
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。炮弹就置在线圈底端,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,把炮弹放置在线圈底端,射程大许多。
以上实验数据已充分体现了电压、线圈匝数、电容、炮弹放置位置对电磁炮射程的影响
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。
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