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)的化學能火炮在發(fā)射過程中,后部的火藥被點燃,造成氣體體積迅速膨脹,推動彈體在炮膛里加速前進。傳統(tǒng)的化學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)中磁場產(chǎn)生的安培力來對拋射體(金屬炮彈)加速,使其獲得打擊目標所需的動能。與傳統(tǒng)的化學能火炮相比,電磁發(fā)射可大大提高炮彈的出膛速度和射程。拋射體與導軌有良好的電接觸,并與電源連接,構(gòu)成回路。通過給導軌回路通以很大的電流,可使拋射體在導軌電流產(chǎn)生的磁場的安培力作用下沿導軌加速運動,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)的科研團隊研制成功的電磁彈射技術(shù)首次在中國003號航母“福建艦”上使用。電磁彈射可用于艦載機、無人機、電磁炮等領(lǐng)域。用強迫儲能器代替常規(guī)電源，它能在極短時間內(nèi)釋放所儲存的電能。電磁彈射裝置的原理圖例題1

解題思路電路思路：誰是等效電源，電路中是否含有電容，誰是用電器？動力學思路：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：儲存的電能轉(zhuǎn)化為了什么形式的能量？動量思路：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的電磁彈射系統(tǒng)。圖乙是一種簡化的電磁彈射模型，直流電源的電動勢為E，電容器的電容為C，兩條相距L的固定光滑導軌，水平放置處于磁感應(yīng)強度B的勻強磁場中?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m，電阻為R的金屬滑塊垂直放置于導軌的滑槽內(nèi)處于靜止狀態(tài)，并與兩導軌接觸良好。先將開關(guān)K置于a讓電容器充電，充電結(jié)束后，再將K置于b，金屬滑塊會在電磁力的驅(qū)動下加速運動，達到最大速度后滑離軌道。不計導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動的最大加速度為？2．金屬滑塊在軌道上運動的最大速度為？3．金屬滑塊滑離軌道的整個過程中流過它的電荷量為？4．金屬滑塊滑離軌道的整個過程中電容器消耗的電能為？例題3據(jù)媒體報道，采用先進電磁彈射技術(shù)的航母福建艦已經(jīng)完成動力測試和系泊試驗。某研究性學習小組開展電磁彈射系統(tǒng)模型的設(shè)計研究，如圖甲所示，兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導軌間距為l，電阻不計，導軌區(qū)域存在豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B。一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒，垂直放在導軌間。實驗時，將質(zhì)量為M的絕緣模型飛機（圖中未畫出）鎖定在金屬棒上；時開關(guān)S與1接通，金屬棒從靜止開始推動模型飛機一起加速；時刻，模型飛機達到起飛速度并立即與金屬棒解鎖，同時擲向2接通定值電阻R；時刻金屬棒停止運動，全過程金屬棒的（圖像如圖乙所示，已知恒流源的電流為I，不計空氣阻力和飛機起飛對金屬棒速度的影響，全過程金屬棒與導軌接觸良好，求（1）飛機起飛的速度大小；（2）飛機起飛后通過金屬棒的電荷量；（3）全過程金屬棒的位移大小。變式訓練：電磁攔截技術(shù)2012年11月，我國殲-１５艦載機在“遼寧號”航空母艦上著艦成功，它的阻攔系統(tǒng)原理如圖所示，飛機著艦時，通過阻攔索對飛機施加作用力，使飛機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)向了引入電磁學模型的電磁阻攔技術(shù)，飛機著艦時鉤住軌道上的一根金屬棒并關(guān)閉動力系統(tǒng)，在磁場中共同滑行減速．阻攔索與金屬棒絕緣．（１）試分析電磁阻攔相對于阻攔索阻攔的優(yōu)點．（２）試分析電磁阻攔中，飛機從鉤住金屬棒到停下來的整個過程做怎樣的運動．分析：對于第（１）個問題，可以通過受力分析比較兩種阻攔模型中阻力的來源，進而比較其優(yōu)缺點．對于第（２）個問題，可以將飛機和金屬棒看成一個整體，綜合應(yīng)用動量守恒、運動學、安培力等知識，分析整個過程中的運動狀態(tài)．模型拓展相比較于蒸汽彈射，電磁彈射有哪些優(yōu)勢？1.能量轉(zhuǎn)換率高，而艦艇總功率是固定的，所以也就是說只需要更少的功率用于儲能充電，實際上更節(jié)能，需要的艦船總功率是變小的，網(wǎng)上說的大，是把什么激光武器、電磁炮都給算進去了.......實際上是更少的2.電彈結(jié)構(gòu)更簡單，電彈最難保養(yǎng)的是冷卻系統(tǒng)，但這個東西也要看設(shè)計，也有可能不復雜。而