电磁炮演示仪的制作 ||科学DIY

生产电磁枪演示工具

火箭工程大学

摘要：电磁枪演示仪器是使用电磁诱导定律设计的。使用了控制变量方法，并将子弹的质量和电压用作参数。当子弹的质量为6G并且电压为450V时，安全性能和子弹的出口速度达到了更好的程度。目前kaiyun全站app登录入口，子弹的退出速度为v = 25.08m/s。演示仪器是微型和透明的，具有简单的设计思想，这有利于学生对电磁枪原理的理解。

关键词：电磁诱导定律；电磁枪；出口速度；

电磁枪是使用电磁发射技术制造的先进动能杀伤武器。与传统的大炮充当弹丸上的火药气压不同，电磁大炮使用电磁系统中电磁场的力来迫使子弹从枪管中。弹丸可以获得更大的速度和范围，因为其效果时间比火药行动所需的时间长得多，因此弹丸可以获得更大的速度和范围[1]。

在班上电磁归纳的法则教授时，学生通常具有模糊的原则概念，并且难以深入理解。目前，市场上的大多数演示工具都有大小，难以修复和不利观察的问题。研究人员使用电磁学使它们看起来像是原型的原型，并研究了当前仪器中出现的问题，并且设计了电磁枪演示工具。演示仪器由一个充电模块和发射模块组成。可以将这两个部分拆卸和组装，以便可以将设备进行小型化，并且组件是空间分布更方便演示和解释。设计成品后，实验测试在安全性能和退出速度方面导致了最佳状况。

1个物理原则和改进方法

根据电磁诱导定律，电磁枪示范仪器使用强脉冲电磁能来发射子弹。演示仪器采用线圈型推进并排出多阶段电容器，从而产生强大的电流效应。电流通过线圈后，它会产生一个瞬时的强磁场，该磁场作用于金属上，涡流电流会在子弹上产生，并且子弹在受安培力影响后加速。穿过第一阶段线圈后，触发光门并打开二次线圈。子弹在安培力的作用下加速了。穿过多级线圈后，将子弹射出[2]，位于枪管端口的速度表可测量子弹的速度。

电磁枪将电源的电能转换为子弹的动能和内部能量。线圈将电能转换为磁场能，并最终通过电磁相互作用实现了能量转换：

组织：

其中k是电能的转化效率。从公式（2）中可以看出，出口速度与电压和子弹质量有关。设计和控制实验是在不同的电压条件下和不同子弹质量​​下进行的，以获得最佳结果。 。

目前，市场上电磁枪演示设备的主要问题：

1）能量转换效率不高，线圈会产生很多热量，并且设备很容易损坏；

2）设备的内部结构是看不见的，不能用来解释电路结构的原理；

3）该设备的尺寸很大，这不利于携带，并且很难在课堂上证明；

4）设备的内部外壳不利于查找问题和维修。

为了响应现有仪器的现有问题，操作过程分为3个步骤：第一步是打开开关K1，电源为设备充电，增压模块将电压增加到450V，以充电电容器， LED显示屏实时显示电容器电压。当电压上升到所需的值时，关闭K1。在第二步中kaiyun全站登录网页入口，打开开关K2并打开光电门。在第三步中，将子弹放入枪枪管，打开开关K3，电容器对第一阶段线圈充电开yun体育app官网网页登录入口，并且子弹在磁场中被武力加速。在穿过第一阶段线圈后，子弹触发了第一阶段的光学门，电容器向第二阶段线圈充电，并且子弹进一步加速。依次通过4阶段线圈后，子弹以速度从枪管中射出，并在枪枪管口的速度表中显示[3]。

充电模块由电源，升压模块，电容器，晶闸管和开关组成。传输模块由线圈，枪管和光电门组成。两者可以独立维修。模块通过串行端口连接，并以模块化方式实现。该设备是小型化的。设备外壳使用透明的有机玻璃，组件的布置更直观地展示了设备的工作原理。

通过上述方法，研究小组改善了电磁枪演示工具。改进的仪器示意图如图1所示，物理设备如图2所示。特定的改进如下：

图1示意图

图2仪器外观图

1）使用具有较高电导率的搪瓷电线来减少电线内的消耗量。准备具有更高性能的电容器，以减少内部的充电和放电损失。

2）设备外壳采用透明的丙烯酸板，多阶段开关控制，并且组件以工作顺序排列。在演示过程中，您可以了解设备的工作原理。

3）设备是模块化的，由充电模块和传输模块组成，仪器尺寸为28.6厘米×12.6厘米×9cm，实现了设备的微型化。为了确保仪器的安全性，使用多个阶段开关，电压限制设置和实时显示。三种保护方法。

4）可以直接观察仪器的内部结构，并且模块也可以自身拆卸和组装，从而更容易进行独立的维护。

2技术指标和实验数据

数据收集方法用于收集控制变量。该实验将电压和子弹质量用作独立变量和出口速度作为因变量，并使用速度计来测量子弹的出口速度。通过比较子弹的出口速度并根据仪器所需的安全性能，可以获得最佳的子弹质量和电压。测量数据显示在表1至2中。

表1子弹质量是自变量测量数据

表2电压是自变量测量数据

如表1所示，不同质量的子弹具有不同的出口速度。当电压为450V并且子弹质量为4G时，子弹的速度达到最大值，即36.62m/s。如表2所示，在不同的电压下，同一子弹将在磁场中产生不同的速度。当子弹质量为5G时，子弹的速度在450V的电压下达到30.04m/s。考虑到示范的安全性和易于观察性，实验最终用于450V，子弹为质量6G，子弹出口速度为25.08m/s

3结论

在现实生活中，由于其巨大的力量，电磁枪很难将其应用于课堂教学。这项研究发现，当电压为450V并且子弹质量为6G时，子弹的出口速度达到25.08m/s，此速度很容易教导和练习。由研究团队设计的电磁枪很小且易于拆卸，可重复使用且易于修复。实验现象是明显的，易于观察和便宜的。以这种方式设计的电磁枪演示装置既是安全性能和实验现象。满足设计要求

作者资料：Su Xianghua（1996-），男性，来自荷兰的Yueyang，Hunan，Rocket Force Engineering University 2013的本科生。

作者资料：Luo Jijun（1974-），男性，来自Chunhua，Shaanxi，Rocket Force Engineering University副教授兼硕士，主要从事大学物理实验教学和管理。

发表在《物理实验》 2017年，02（37），54-56中发表的文章