先進價廉的電磁大炮

鄭月剛

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進的殺傷武器。電磁系統(tǒng)中電磁場的作用力，其作用的時間比火藥爆炸推進的瞬間作用要長得多，因而可大大提高彈丸的速度和射程；其次，利用電磁力所做的功作為發(fā)射能量，不會產(chǎn)生強大的沖擊波和彌漫的煙霧，因而具有良好的隱蔽性；還可根據(jù)目標的性質(zhì)和距離，調(diào)節(jié)、選擇適當?shù)哪芰縼碚{(diào)整彈丸的射程；電磁炮沒有圓形炮管，彈丸體積小，重量輕，使其在飛行時的空氣阻力很小，因而電磁炮的發(fā)射穩(wěn)定性好，初速度高，射程遠；由于電磁炮的發(fā)射過程全部由計算機控制，彈頭又裝有激光制導(dǎo)或其他制導(dǎo)裝置，所以具有很高的射擊精度。另外，從發(fā)射能量的成本來看，常規(guī)火炮的發(fā)射藥產(chǎn)生每兆焦耳能量需10美元，而電磁炮只需0.1美元。而且電磁炮還可以省去火炮的藥筒和發(fā)射裝置，故而重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運輸以及后勤保障等方面更為安全可靠和方便。目前電磁炮中最為成熟的是軌道炮，它的原理如圖1所示：A、B兩條平行的長直導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊C作為彈丸。當兩軌接入電源時，強大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊C從另一導(dǎo)軌流回時，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強磁場，通電流的滑塊C在安培力的作用下，以很大的速度射出。

原創(chuàng)試題

1. 如圖1所示，炮口向右，下列說法正確的是（）

A. 若要正確發(fā)射，電流必須由A軌經(jīng)C流向B軌

B. 若要正確發(fā)射，電流必須由B軌經(jīng)C流向A軌

C. 不管電流方向如何，彈丸都將從炮口向右發(fā)射出去

2. 若mC為2 kg，發(fā)射時間為1 s，射速為1 000 m/s，ABC回路中電阻為1 Ω（近似認為不變），供電電壓為10 kV，假設(shè)軌道間光滑。試求回路中電流大小和電源功率（不考慮摩擦力）。

3. 因為滑塊C有特定的電學(xué)性能要求，要使每一顆炮彈都達到電磁加速時的電學(xué)性能要求會使成本進一步增高，所以希望能反復(fù)使用滑塊C進行炮彈發(fā)射，即將滑塊C和炮彈分離，利用高速的滑塊C撞擊炮彈來進行發(fā)射。要達到這樣的目的，炮彈和滑塊應(yīng)滿足什么樣的質(zhì)量關(guān)系最合理？

4. 文中提到：“電磁系統(tǒng)中電磁場的作用力，其作用的時間比火藥爆炸推進的瞬間作用要長得多”，請就此討論電磁炮優(yōu)于傳統(tǒng)火炮的地方和道理。

5. 請根據(jù)所學(xué)物理知識，提出兩個研制軌道炮中可能遇到的難題。