探究电磁炮威力大小影响因素(学生研究性报告)

探究电磁炮威力大小影响因素 组员；陈康迪，张权，何莎， 陈嫚娟，罗琳，赵娇娇 指导教师；刘廷平探究电磁炮（线圈炮）威力大小影响因素一， 提出背景。我们组的同学们最近对电磁炮产生的极大的兴趣，于是我们自己动手做了一个电磁炮，可威力实在是太小了，经过调整现在已近很不错了。我们在想如何才能使它的威力更大呢？它的威力大小与哪些因素有关呢？对于这些问题我们展开了激烈的探讨与精确的实验。二 电磁炮（线圈炮）基本原理；使电容瞬间放电产生极大的电流，电流经过线圈产生超强的磁场，从而将炮弹（铁钴镍）吸出去。能量转换;电能磁能动能。三 作出假设。1.首先想到的便是电压；电压对射程的影响应该会很大。2.线圈匝数；毋庸质疑，线圈匝数对电磁炮的射程一定有影响，那影响到底怎样呢？3. 炮弹质量；炮弹的质量对射程也有一定影响。4.炮弹的初始位置这个影响应该很大。5当然还有许多其他因素如；摩擦，炮弹材料，炮管材料，炮弹长度，线圈长度等。4 实验验证。 实验道具；电磁炮，万用表，被子，铁钉，尺子，卷尺 实验装置图； 炮管 线圈 45炮弹（铁钉） 被子实验步骤 ； 1，根据探究的问题，改变相应的条件然后发射炮弹。（被子作用；炮弹落地后使其不会弹跑，便于测量落地点。） 2，测量炮弹飞行距离。 3，填写表格 实验电路图； 电路图说明； 插头直接插国家电网，经过二极管桥接将交流电转变为直流电给电容充电，电压表可看出已充入的电压的大小。然后断开充电开关，打开发射开关，即可发射。1探究电压对电磁炮威力大小影响程度。 注意事项； 本实验采用控制变量法，即只改变电压大小其他条件均不变。 炮管以45度抛射角射出炮弹 测量炮弹射程，即能反映出电磁炮威力大小。 线圈匝数约为300匝。 其他条件；线圈长度4.5cm线圈匝数300匝炮弹长度5cm炮弹质量5g电压200v以下是实验数据 实验次数 射程电压12345平均值50V0.2m0.15m0.25m0.2m0.2m0.2m100V1.2m1.1m1.2m1.2m1.0m1.18m150V5.4m6m5.4m5.5m6.3m5.72m200V9.6m10.2m9.8m10.0m10.2m9.96m220V12.2m12.5m12.0m12.0m13.0m12.34m实验数据表明，随电压升高，射程明显增大。说明电压大小是提高电磁炮威力的关键因素。理由；由电容电能公式W=1/2CU 和能量守恒定律，电压越高转换的磁能就会越大相应的炮弹所获得的动能也会越大。2探究线圈匝数对电磁炮威力影响程度。本实验采用控制变量法，即只改变匝数其他条件均不变。炮管以45度抛射角射出炮弹测量炮弹射程，即能反映出电磁炮威力大小。 由于增加了线圈匝数，那么线圈的电阻会变大，为了使电流不变那么电压也要相应的增大。 其他条件；线圈长度4.5cm炮弹长度5cm炮弹质量5g电压200v 当然保证了线圈长度不变。以下是实验数据 试验次数 匝数 电压 射程1234平均值50匝25V0.1m0.1m0.1m0.1m0.1m100匝50V0.5m0.4m0.5m0.6m0.5m200匝100V1.8m2.1m2.1m2.0m2.0m400匝200V9.2m9.8m9.5m9.2m9.425m实验数据表明，匝数增加炮弹的威力也明显增加！但实际情况不可能保证电流不变，而是电压恒定的。这种情况下如果一味着去增加线圈的匝数那么电阻会增大，电流会减小，相应的电磁炮的威力也会减小很多。所以在电压恒定的情况下必须去寻找合适的匝数，这样才能达到最佳效果。理由；由磁场大小的公式计算：H=nI 在这个公式中，I是流过螺线管的电流，n是单位长度内的螺线管圈数。可看出磁场大小与线圈匝数和电流有关。磁场越大那么炮弹所获得的动能也就越大。3探究炮弹质量对电磁炮威力大小的影响。 本实验采用控制变量法，即只改炮弹质量其他条件均不变。炮管以45度抛射角射出炮弹测量炮弹射程，即能反映出电磁炮威力大小。炮弹长度随着质量的增加而增加。其他条件；线圈长度4.5cm线圈匝数300匝电压200v以下是实验数据 试验次数 射程质量 长度 1234平均值2g2cm8.4m9.3m9m8.1m8.7m4g4cm10.8m12m10.8m11.1m11.175m6g6cm8.7m9m9.9m9.6m9.3m8g8cm7.2m7.5m6.6m7.8m7.275m10g10cm6m6m6.3m6m6.075m实验数据表明；质量和炮弹的威力有关系，关系为在一定范围内质量越大炮弹威力越大， 但如果质量太大炮弹的威力反而会减小。原因估计；质量越大那么它所含的物质越多那么磁场对它的作用力越大。但质量越大相应的加速度会减小单位时间内所获得的速度会减小，速度小那么射程就会变小。4探究炮弹的最适初始位置；本实验采用控制变量法，即只改变炮弹初始位置其他条件均不变。炮管以45度抛射角射出炮弹测量炮弹射程，即能反映出电磁炮威力大小。其他条件；线圈长度4.5cm线圈匝数300匝炮弹长度5cm炮弹质量5g电压200v射击次数炮弹距线圈中点的距离12345平均值0cm0m0m0m0m0m0m1cm-0.2m-0.1m-0.1m0m-0.1m-0.08m2cm2m2.1m2.4m1.8m2.4m2.14m4cm7.2m8.4m9m8.4m8.4m8.28m4.5cm9.6m10.2m9.8m10m10.2m9.96m5cm7.8m7.2m7.2m7.5m7.5m7.44m5.5cm0.1m0.2m0.1m0.2m0.2m0.16m6cm0m0m0m0m0m0m实验数据表明；炮弹的初始位置和炮弹的威力有关系，关系为最适距离为炮弹前端刚好与线圈末端齐平。（多次试验得到的结果）原因；太近则磁场对炮弹的作用时间短，使炮弹获得的动能少。太远磁场会很弱，则对炮弹的作用力会很小，使炮弹所获得的动能少。所以；需要根据自己线圈、炮弹、电压等因素来决定。但总的来说使炮弹前端刚好与线圈末端齐平为最适位置。5探究摩擦，炮弹材料，炮管材料，炮弹长度，线圈长度等对电磁炮的威力影响大小关系。 这些应该对炮弹威力大小的影响程度比较小了。 炮弹材料，这个肯定是能受磁场明显作用的材料了，如铁、钴、镍。 炮管材料，这个用金属的好比如说 铜、铁 等。（实验数据，具体为什么还需进一步研究。） 炮弹长度和线圈长度应该差不多为宜。 线圈直径与炮弹直径应该差不多为宜。5 结论。 1.电压是电能的主要决定因素，所以提高电能才能使炮弹威力最好的增大。 2.在电流一定的条件下线圈匝数越多，炮弹的威力也就会越大。但实际情况是电压一定。（我们在想使用电感器，会不会效果跟好？） 3.炮弹质量不能太大也不能太小，只有根据它的电压、线圈等因数自己试验出最合适的质量。 4.炮弹的最适初始位子，使炮弹前端刚好与线圈末端齐平。6 心得。 经过这次活动我们知道了有许多东西是需要自己去研究的，光靠别人给你说是根本不知道未知事物到底是怎么样的。而且在实验过程中必须认真地观察实验现象,并做如实的记录.如果发现实验现象与实验理论不符合,或者测试结果出现异常,就应该认真检查原因,并细心重做实验. 总之，这一次的实验让我们收获颇丰，同时也让我们发现了自身的不足。在课堂上学得的，我们将其发挥到其他方面去，也将在今后的学习和工作中不断提高，克服在