王儒達++王哲等

電影《變形金剛2》中有這樣一個情節(jié)：在最后的大戰(zhàn)中，美軍動用了一種國家級神秘武器，從大西洋美軍的戰(zhàn)艦上發(fā)射超高速炮彈，對金字塔頂端的“大力神”予以毀滅性打擊。這種超遠程、精度高且破壞力十足的武器，就是現(xiàn)實中的動能武器——電磁炮。

電磁炮作為發(fā)展中的高科技兵器，軍事用途十分廣泛：可用于摧毀空間的低軌道衛(wèi)星和導(dǎo)彈，還可攔截由艦只和裝甲發(fā)射的導(dǎo)彈。它不僅能打擊臨空的各種飛機，還能遠距離攔截空對艦導(dǎo)彈，是優(yōu)良的反裝甲武器，常被用于改裝常規(guī)火炮。

出于興趣愛好，我們小組決定利用學(xué)過的法拉第電磁感應(yīng)定律制作簡單電磁炮，對學(xué)過的知識進行實踐運用。

一、研究方法

本課題主要采用“實驗探究法”，即先畫好實驗圖紙，確定實驗材料，在電腦上進行模擬實驗，不斷改進，確定圖紙進行組裝實驗裝置，最后對實驗結(jié)果分析整理，形成有價值的文字。

二、研究過程

經(jīng)過激烈討論和慎重思考，我們確定了研究的主題，開始了一段探究之旅。

1.查閱資料

通過查找資料，我們了解到電磁炮的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，分為線圈炮、軌道炮、電熱炮、重階炮幾類。其中，線圈炮又稱交流同軸線圈炮，它是電磁炮的最早形式，由加速線圈和彈丸線圈構(gòu)成，根據(jù)通電線圈之間磁場的相互作用而工作。

加速線圈固定在炮管中，當它通入交變電流時，產(chǎn)生的交變磁場就會在彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用，產(chǎn)生電磁場力，使彈丸加速運動并發(fā)射出去。具體工作流程為：電源給充電回路供電——充電回路給電容充電——電容給發(fā)射回路放電——發(fā)射回路發(fā)射子彈。

2.設(shè)計電路圖

此階段要求分工必須明確，集思廣益，讓每個成員都體會到責(zé)任感和價值感。在如此陌生的設(shè)計中難免會有困難，但辦法總比困難多。我們設(shè)計的電路圖如圖1。

3.組裝電路

根據(jù)電路圖購買材料，進行實驗組裝。

①組裝器材

10A以上空氣開關(guān)2個，整流二極管5個，10W/1KΩ電阻1個，電線若干，450V/220UF電容6個，電壓表表頭1個，1.5V干電池3節(jié)，電池盒1個，ZVS套件若干，洞洞板1塊，PVC軟管若干，漆包線（直徑7mm以上）若干。

②組裝工具

電工膠帶，電烙鐵，焊錫，萬用表，老虎鉗，尖嘴鉗，3秒膠。組裝好的電路如圖2。

4.實驗改進及數(shù)據(jù)分析

我們利用RLC模擬工具2.2.1軟件進行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)電流、電壓達到預(yù)期值，但電感未達標，炮彈動能不足。于是將炮管從銅質(zhì)的改為PVC軟管，以減小磁屏蔽，將線圈纏繞匝數(shù)由200匝增加到300匝，ZVS輸入端由3V改為4.5V，增加實時電壓表，安裝底座，并對全裝置做絕緣處理。

改進后的裝置從模擬數(shù)據(jù)上看，性能趨于穩(wěn)定。圖3為改進后的電路圖，圖4、圖5為數(shù)據(jù)測試結(jié)果。

我們用整改后的電磁炮裝置進行實驗，用鐵釘做“炮彈”可輕易擊穿鋁制易拉罐罐底并繼續(xù)飛行一段距離。

三、總結(jié)

通過這次活動，我們了解了不少關(guān)于電磁炮方面的知識，在組長的帶領(lǐng)下，組員們盡量發(fā)揮每個人的優(yōu)勢，合理分工協(xié)作，做好力所能及的事，小組間互相配合，共同努力，不僅增進了友誼，還培養(yǎng)了團隊意識。

（指導(dǎo)老師：劉文杰 李 晶）