Question

16．北京时间2010年12月12日，美国研发的强力武器电磁轨道炮离成功再迈进一步．海军在前日的试射中，将电磁炮以音速5倍的极速，击向200公里外目标，射程为海军常规武器的10倍，且破坏力惊人，是至今试射的最佳成果．两次试射所生成的能量，分别达33兆和32兆焦（1兆焦=1×10⁶焦），打破于2008年创下的10兆焦纪录．美军目标在8年内进行海上实测，并于2025年前正式配备于军舰上但美军最终实战配备目标是64兆焦级电磁炮，届时可达射程最远321公里，其发射速度为500发/分，可让军舰在敌舰射程范围外发动攻击．

从电磁炮原理示意图可知，电磁炮的原理是位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动．电磁炮不过是一种比较特殊的电动机，因为它的转子不是旋转的，而是作直线加速运动的炮弹；假设炮弹以音速5倍（340m/s）打出打到最远射程所需时间189s（取整数）；假设电源电压为500KV，电能全部转化为炮弹的动能，炮弹在轨道中运动的时间为每发炮弹的时间间隔，要实现美军最终实战配备目标的能量，请你求出流过轨道的电流541.7A（保留一位小数）；假设你是电磁炮的设计者，你对轨道材料有哪些要求要光滑．（填一种即可）

Answer 1

分析 （1）通电导体在磁场中受到磁场力的作用而加速运动．电动机也是利用通电导线在磁场中受力而工作的；
（2）根据速度计算公式v=$\frac{s}{t}$计算出炮弹打到最远射程所需时间；
（3）根据两次试射电磁炮所生成的能量计算出平均产生的能量，即炮弹的动能，可计算出消耗的电能；根据W=UIt计算出流过轨道的电流；
（4）电磁炮的发射轨道要具备光滑、硬度高、耐高温等特点．

解答 解：（1）电磁炮的原理是：位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，它与生活中电动机的原理是相同的．
（2）由v=$\frac{s}{t}$得，
炮弹打到最远射程所需时间：t=$\frac{s}{v}$=$\frac{321×1{0}^{3}m}{5×340m/s}$=189s；
（3）两次试射电磁炮所生成的能量为$\frac{33兆焦+32兆焦}{2}$=32.5兆焦=3.25×10⁷J，
电能全部转化为炮弹的动能，所以消耗的电能：W=3.25×10⁷J，
炮弹在轨道中运动的时间：t=$\frac{60s}{500}$=$\frac{3}{25}$s，
由W=UIt得，
流过轨道的电流：I=$\frac{W}{Ut}$=$\frac{3.25×1{0}^{7}J}{500×1{0}^{3}V×\frac{3}{25}s}$≈541.7A；
（4）电磁炮发射时，大量的电能转化为电磁炮的动能，炮弹的能量非常大，速度非常快，因此要求发射轨道具备光滑、硬度高、耐高温等特点．
故答案为：位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动；189s；541.7；要光滑．

点评 本题考查了电流在磁场中受磁场力作用知识在现代军事上的应用，同时考查了速度和电功的计算；充分理解题意是解题的关键．