狂野伏特——电磁炮的设计与制作

　　电影《变形金刚2》中有这样一个情节：在最后的大战中，美军动用了一种国家级神秘武器，从大西洋美军的战舰上发射超高速炮弹，对金字塔顶端的“大力神”予以毁灭性打击。这种超远程、精度高且破坏力十足的武器，就是现实中的动能武器———电磁炮。

　　电磁炮作为发展中的高科技兵器，军事用途十分广泛：可用于摧毁空间的低轨道卫星和导弹，还可拦截由舰只和装甲发射的导弹。它不仅能打击临空的各种飞机，还能远距离拦截空对舰导弹，是优良的反装甲武器，常被用于改装常规火炮。

　　出于兴趣爱好，我们小组决定利用学过的法拉第电磁感应定律制作简单电磁炮，对学过的知识进行实践运用。

　　一、研究方法

　　本课题主要采用“实验探究法”，即先画好实验图纸，确定实验材料，在电脑上进行模拟实验，不断改进，确定图纸进行组装实验装置，最后对实验结果分析整理，形成有价值的文字。

　　二、研究过程

　　经过激烈讨论和慎重思考，我们确定了研究的主题，开始了一段探究之旅。

　　1.查阅资料

　　通过查找资料，我们了解到电磁炮的基本原理是法拉第电磁感应定律，分为线圈炮、轨道炮、电热炮、重阶炮几类。其中，线圈炮又称交流同轴线圈炮，它是电磁炮的最早形式，由加速线圈和弹丸线圈构成，根据通电线圈之间磁场的相互作用而工作。

　　加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生的交变磁场就会在弹丸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互相作用，产生电磁场力，使弹丸加速运动并发射出去。具体工作流程为：电源给充电回路供电———充电回路给电容充电———电容给发射回路放电———发射回路发射子弹。

　　2.设计电路图

　　此阶段要求分工必须明确，集思广益，让每个成员都体会到责任感和价值感。在如此陌生的设计中难免会有困难，但办法总比困难多。

　　3.组装电路

　　根据电路图购买材料，进行实验组装。

　　①组装器材

　　10A以上空气开关2个，整流二极管5个，10W/1KΩ电阻1个，电线若干，450V/220UF电容6个，电压表表头1个，1.5V干电池3节，电池盒1个，ZVS套件若干，洞洞板1块，PVC软管若干，漆包线（直径7mm以上）若干。

　　②组装工具

　　电工胶带，电烙铁，焊锡，万用表，老虎钳，尖嘴钳，3秒胶。组装好电路。

　　4.实验改进及数据分析

　　我们利用RLC模拟工具2.2.1软件进行数据分析，发现电流、电压达到预期值，但电感未达标，炮弹动能不足。于是将炮管从铜质的改为PVC软管，以减小磁屏蔽，将线圈缠绕匝数由200匝增加到300匝，ZVS输入端由3V改为4.5V，增加实时电压表，安装底座，并对全装置做绝缘处理。

　　改进后的装置从模拟数据上看，性能趋于稳定。

　　我们用整改后的电磁炮装置进行实验，用铁钉做“炮弹”可轻易击穿铝制易拉罐罐底并继续飞行一段距离。

　　三、总结

　　通过这次活动，我们了解了不少关于电磁炮方面的知识，在组长的带领下，组员们尽量发挥每个人的优势，合理分工协作，做好力所能及的事，小组间互相配合，共同努力，不仅增进了友谊，还培养了团队意识。

　　文 新疆伊宁市第三中学 王儒达 王哲 常冬冬 吴尔登 陈善哲 吴顺馨 翟雅杰 李天歌

　　（指导老师：刘文杰 李晶）

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