Question

16．北京時(shí)間2010年12月12日，美國研發(fā)的強(qiáng)力武器電磁軌道炮離成功再邁進(jìn)一步．海軍在前日的試射中，將電磁炮以音速5倍的極速，擊向200公里外目標(biāo)，射程為海軍常規(guī)武器的10倍，且破壞力驚人，是至今試射的最佳成果．兩次試射所生成的能量，分別達(dá)33兆和32兆焦（1兆焦=1×10⁶焦），打破于2008年創(chuàng)下的10兆焦紀(jì)錄．美軍目標(biāo)在8年內(nèi)進(jìn)行海上實(shí)測，并于2025年前正式配備于軍艦上但美軍最終實(shí)戰(zhàn)配備目標(biāo)是64兆焦級電磁炮，屆時(shí)可達(dá)射程最遠(yuǎn)321公里，其發(fā)射速度為500發(fā)/分，可讓軍艦在敵艦射程范圍外發(fā)動(dòng)攻擊．

從電磁炮原理示意圖可知，電磁炮的原理是位于磁場中的導(dǎo)線在通電時(shí)會受到一個(gè)力的推動(dòng)．電磁炮不過是一種比較特殊的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗�的轉(zhuǎn)子不是旋轉(zhuǎn)的，而是作直線加速運(yùn)動(dòng)的炮彈；假設(shè)炮彈以音速5倍（340m/s）打出打到最遠(yuǎn)射程所需時(shí)間189s（取整數(shù)）；假設(shè)電源電壓為500KV，電能全部轉(zhuǎn)化為炮彈的動(dòng)能，炮彈在軌道中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為每發(fā)炮彈的時(shí)間間隔，要實(shí)現(xiàn)美軍最終實(shí)戰(zhàn)配備目標(biāo)的能量，請你求出流過軌道的電流541.7A（保留一位小數(shù)）；假設(shè)你是電磁炮的設(shè)計(jì)者，你對軌道材料有哪些要求要光滑．（填一種即可）

Answer 1

分析 （1）通電導(dǎo)體在磁場中受到磁場力的作用而加速運(yùn)動(dòng)．電動(dòng)機(jī)也是利用通電導(dǎo)線在磁場中受力而工作的；
（2）根據(jù)速度計(jì)算公式v=$\frac{s}{t}$計(jì)算出炮彈打到最遠(yuǎn)射程所需時(shí)間；
（3）根據(jù)兩次試射電磁炮所生成的能量計(jì)算出平均產(chǎn)生的能量，即炮彈的動(dòng)能，可計(jì)算出消耗的電能；根據(jù)W=UIt計(jì)算出流過軌道的電流；
（4）電磁炮的發(fā)射軌道要具備光滑、硬度高、耐高溫等特點(diǎn)．

解答 解：（1）電磁炮的原理是：位于磁場中的導(dǎo)線在通電時(shí)會受到一個(gè)力的推動(dòng)，它與生活中電動(dòng)機(jī)的原理是相同的．
（2）由v=$\frac{s}{t}$得，
炮彈打到最遠(yuǎn)射程所需時(shí)間：t=$\frac{s}{v}$=$\frac{321×1{0}^{3}m}{5×340m/s}$=189s；
（3）兩次試射電磁炮所生成的能量為$\frac{33兆焦+32兆焦}{2}$=32.5兆焦=3.25×10⁷J，
電能全部轉(zhuǎn)化為炮彈的動(dòng)能，所以消耗的電能：W=3.25×10⁷J，
炮彈在軌道中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：t=$\frac{60s}{500}$=$\frac{3}{25}$s，
由W=UIt得，
流過軌道的電流：I=$\frac{W}{Ut}$=$\frac{3.25×1{0}^{7}J}{500×1{0}^{3}V×\frac{3}{25}s}$≈541.7A；
（4）電磁炮發(fā)射時(shí)，大量的電能轉(zhuǎn)化為電磁炮的動(dòng)能，炮彈的能量非常大，速度非�？欤�因此要求發(fā)射軌道具備光滑、硬度高、耐高溫等特點(diǎn)．
故答案為：位于磁場中的導(dǎo)線在通電時(shí)會受到一個(gè)力的推動(dòng)；189s；541.7；要光滑．

點(diǎn)評 本題考查了電流在磁場中受磁場力作用知識在現(xiàn)代軍事上的應(yīng)用，同時(shí)考查了速度和電功的計(jì)算；充分理解題意是解題的關(guān)鍵．