浙江省高考物理二輪選考新情境課件電磁彈射

浙江選考物理新情境——電磁彈射

模型溯源傳統(tǒng)的化學(xué)能火炮在發(fā)射過(guò)程中,后部的火藥被點(diǎn)燃,造成氣體體積迅速膨脹,推動(dòng)彈體在炮膛里加速前進(jìn)。傳統(tǒng)的化學(xué)能火炮的射程受到出膛速度的限制。電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中磁場(chǎng)產(chǎn)生的安培力來(lái)對(duì)拋射體(金屬炮彈)加速,使其獲得打擊目標(biāo)所需的動(dòng)能。與傳統(tǒng)的化學(xué)能火炮相比,電磁發(fā)射可大大提高炮彈的出膛速度和射程。拋射體與導(dǎo)軌有良好的電接觸,并與電源連接,構(gòu)成回路。通過(guò)給導(dǎo)軌回路通以很大的電流,可使拋射體在導(dǎo)軌電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的安培力作用下沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng),最終以很高的速度將拋射體發(fā)射出去。電磁彈射技術(shù)“八一勛章”獲得者馬偉明帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)研制成功的電磁彈射技術(shù)首次在中國(guó)003號(hào)航母“福建艦”上使用。電磁彈射可用于艦載機(jī)、無(wú)人機(jī)、電磁炮等領(lǐng)域。用強(qiáng)迫儲(chǔ)能器代替常規(guī)電源，它能在極短時(shí)間內(nèi)釋放所儲(chǔ)存的電能。電磁彈射裝置的原理圖例題1

解題思路電路思路：誰(shuí)是等效電源，電路中是否含有電容，誰(shuí)是用電器？動(dòng)力學(xué)思路：彈射的物體受到哪些力？除了安培力之外還有哪些力？能量思路：儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為了什么形式的能量？動(dòng)量思路：安培力的沖量可以求出什么重要的物理量？例題2我國(guó)第三艘航母福建艦已正式下水，如圖甲所示，福建艦配備了目前世界上最先進(jìn)的電磁彈射系統(tǒng)。圖乙是一種簡(jiǎn)化的電磁彈射模型，直流電源的電動(dòng)勢(shì)為E，電容器的電容為C，兩條相距L的固定光滑導(dǎo)軌，水平放置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m，電阻為R的金屬滑塊垂直放置于導(dǎo)軌的滑槽內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，并與兩導(dǎo)軌接觸良好。先將開(kāi)關(guān)K置于a讓電容器充電，充電結(jié)束后，再將K置于b，金屬滑塊會(huì)在電磁力的驅(qū)動(dòng)下加速運(yùn)動(dòng)，達(dá)到最大速度后滑離軌道。不計(jì)導(dǎo)軌和電路其他部分的電阻，忽略空氣阻力。求：1．金屬滑塊在軌道上運(yùn)動(dòng)的最大加速度為？2．金屬滑塊在軌道上運(yùn)動(dòng)的最大速度為？3．金屬滑塊滑離軌道的整個(gè)過(guò)程中流過(guò)它的電荷量為？4．金屬滑塊滑離軌道的整個(gè)過(guò)程中電容器消耗的電能為？例題3據(jù)媒體報(bào)道，采用先進(jìn)電磁彈射技術(shù)的航母福建艦已經(jīng)完成動(dòng)力測(cè)試和系泊試驗(yàn)。某研究性學(xué)習(xí)小組開(kāi)展電磁彈射系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)研究，如圖甲所示，兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌區(qū)域存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒，垂直放在導(dǎo)軌間。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將質(zhì)量為M的絕緣模型飛機(jī)（圖中未畫(huà)出）鎖定在金屬棒上；時(shí)開(kāi)關(guān)S與1接通，金屬棒從靜止開(kāi)始推動(dòng)模型飛機(jī)一起加速；時(shí)刻，模型飛機(jī)達(dá)到起飛速度并立即與金屬棒解鎖，同時(shí)擲向2接通定值電阻R；時(shí)刻金屬棒停止運(yùn)動(dòng)，全過(guò)程金屬棒的（圖像如圖乙所示，已知恒流源的電流為I，不計(jì)空氣阻力和飛機(jī)起飛對(duì)金屬棒速度的影響，全過(guò)程金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，求（1）飛機(jī)起飛的速度大?。唬?）飛機(jī)起飛后通過(guò)金屬棒的電荷量；（3）全過(guò)程金屬棒的位移大小。變式訓(xùn)練：電磁攔截技術(shù)2012年11月，我國(guó)殲-１５艦載機(jī)在“遼寧號(hào)”航空母艦上著艦成功，它的阻攔系統(tǒng)原理如圖所示，飛機(jī)著艦時(shí)，通過(guò)阻攔索對(duì)飛機(jī)施加作用力，使飛機(jī)在甲板上短距離滑行后停止．新一代航母阻攔系統(tǒng)的研制，則從阻攔索阻攔轉(zhuǎn)向了引入電磁學(xué)模型的電磁阻攔技術(shù)，飛機(jī)著艦時(shí)鉤住軌道上的一根金屬棒并關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)，在磁場(chǎng)中共同滑行減速．阻攔索與金屬棒絕緣．（１）試分析電磁阻攔相對(duì)于阻攔索阻攔的優(yōu)點(diǎn)．（２）試分析電磁阻攔中，飛機(jī)從鉤住金屬棒到停下來(lái)的整個(gè)過(guò)程做怎樣的運(yùn)動(dòng)．分析：對(duì)于第（１）個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)受力分析比較兩種阻攔模型中阻力的來(lái)源，進(jìn)而比較其優(yōu)缺點(diǎn)．對(duì)于第（２）個(gè)問(wèn)題，可以將飛機(jī)和金屬棒看成一個(gè)整體，綜合應(yīng)用動(dòng)量守恒、運(yùn)動(dòng)學(xué)、安培力等知識(shí)，分析整個(gè)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．模型拓展相比較于蒸汽彈射，電磁彈射有哪些優(yōu)勢(shì)？1.能量轉(zhuǎn)換率高，而艦艇總功率是固定的，所以也就是說(shuō)只需要更少的功率用于儲(chǔ)能充電，實(shí)際上更節(jié)能，需要的艦船總功率是變小的，網(wǎng)上說(shuō)的大，是把什么激光武器、電磁炮都給算進(jìn)去了.......實(shí)際上是更少的2.電彈結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，電彈最難保養(yǎng)的是冷卻系統(tǒng)，但這個(gè)東西也要看設(shè)計(jì)，也有可能不復(fù)雜。而