物理演示實(shí)驗(yàn)原理電磁炮在參觀的演示實(shí)驗(yàn)中，電磁炮給我的印象最深，將小圓柱放入填彈口，按下開關(guān)，小圓柱就會(huì)以很高的速度射出，砸在墻壁上并發(fā)出“啪”的聲音以反映速度。參觀的電磁炮真正的運(yùn)用是在軍事上，它是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種動(dòng)能殺傷武器．它利用電磁系統(tǒng)中電磁場(chǎng)的作用力，大大地提高彈丸的速度和射程．電磁炮主要由能源、加速器、開關(guān)三部分組成。能源通常采用可蓄存10～100兆焦耳能量的裝置。目前實(shí)驗(yàn)用的能源有蓄電池組、磁通壓縮裝置、單極發(fā)電機(jī)，其中單極發(fā)電機(jī)是近期內(nèi)最有前途的能源。加速器是把電磁能量轉(zhuǎn)換成炮彈動(dòng)能，使炮彈達(dá)到高速的裝置，主要有：使用低壓直流單極發(fā)電機(jī)供電的軌道炮加速器和離散或連續(xù)線圈結(jié)構(gòu)的同軸同步加速器兩大類。開關(guān)是接通能源和加速器的裝置，能在幾毫秒之內(nèi)把兆安級(jí)電流引進(jìn)加速器中。演示用的電磁炮的加速器應(yīng)該就是環(huán)繞彈道的磁線圈。二、電磁炮實(shí)驗(yàn)原理：電磁炮的原理非常簡(jiǎn)單，19世紀(jì)，英國(guó)科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了法拉第電磁感應(yīng)定律。根據(jù)這一定律人們發(fā)明了發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，它也是電磁炮的基本原理，電磁炮不過是一種比較特殊的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)子不是旋轉(zhuǎn)的，而是作直線加速運(yùn)動(dòng)的炮彈。一個(gè)最簡(jiǎn)單的電磁炮設(shè)計(jì)如下：用兩根導(dǎo)體制成軌道，中間放置炮彈，使電流可以通過三者建立回路。把這個(gè)裝置放在磁場(chǎng)中，并給炮彈通電，炮彈就會(huì)加速向前飛出。電磁炮分類為線圈炮（交流同軸線圈炮）、軌道炮、電熱炮、重接炮四種。其中線圈炮是電磁炮的最早形式，由加速線圈和彈丸線圈構(gòu)成．根據(jù)通電線圈之間磁場(chǎng)的相互作用原理而工作的．加速線圈固定在炮管中，當(dāng)它通入交變電流時(shí)，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)就會(huì)在彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與加速線圈電流的磁場(chǎng)互相作用，產(chǎn)生磁場(chǎng)力，使彈丸加速運(yùn)動(dòng)并發(fā)射出去．軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發(fā)射出去．它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸．當(dāng)兩軌接入電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)以很大的速度射出．演示實(shí)驗(yàn)用的電磁炮是線圈炮，也就是交流同軸線圈炮。三、技術(shù)問題將這一理論上的可能變?yōu)閷?shí)際，還需要解決以下幾個(gè)問題：首先，那臺(tái)實(shí)驗(yàn)電磁炮的加速度太大，人無法承受。這個(gè)問題只有一個(gè)解決方法，那就是延長(zhǎng)加速時(shí)間。然而這必須以采用更長(zhǎng)的軌道為代價(jià)。由于人體只能承受大約3倍重力加速度的長(zhǎng)時(shí)間加速，滿足人體耐受能力的電磁炮所需的軌道長(zhǎng)度(經(jīng)計(jì)算，為達(dá)到第一宇宙速度，約需1000千米！)在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)。第二，如果把電磁炮水平安裝在地面上，飛出炮口后的炮彈仍然會(huì)在大氣阻力下很快減速，難以順利達(dá)到環(huán)繞地球軌道，為此，用于航天發(fā)射的電磁炮必須將出口設(shè)置在空氣稀薄的高山之巔。第三，目前電磁炮能夠發(fā)射的炮彈質(zhì)量仍然不大，這是加速能力不足造成的。加速炮彈的力與磁場(chǎng)和電流之積成正比，要獲得足夠強(qiáng)的加速磁場(chǎng)一般靠超導(dǎo)磁體。用超導(dǎo)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)已是相對(duì)成熟的技術(shù)，但超導(dǎo)磁體需要冷卻到很低溫度(如液氦溫度，約-269°關(guān)于電磁炮的第四個(gè)技術(shù)問題和第三個(gè)相關(guān)，因?yàn)樵诖艌?chǎng)不夠強(qiáng)的情況下，要想提高加速能力就只能讓炮彈通過足夠大的電流。于是就產(chǎn)生了大電流發(fā)熱和炮身燒蝕等麻煩。幸好這些麻煩對(duì)于航天發(fā)射不太重要，因?yàn)樽鳛槲淦鞯碾姶排诘脟?yán)格限制長(zhǎng)度，而作為發(fā)射工具，幾千米甚至十幾千米的炮身并不算問題，只是對(duì)建設(shè)施工時(shí)的作業(yè)精度要求較高罷了。此外，延長(zhǎng)軌道也可使炮彈承受的加速度降低。經(jīng)過計(jì)算，用5千米長(zhǎng)的軌道使炮彈由靜止加速到第一宇宙速度，加速度是重力加速度的600倍，這已經(jīng)比普通迫擊炮發(fā)射時(shí)的加速度還小了，可人顯然還是無法忍受，而長(zhǎng)1000千米的加速軌道在地球上幾乎無法建造，因此用電磁炮發(fā)射人的想法還是放棄算了。最后，有人覺得建造公里級(jí)長(zhǎng)度，配備強(qiáng)磁場(chǎng)的加速軌道可能會(huì)有技術(shù)困難，但這只是不了解人類現(xiàn)有技術(shù)水平的臆測(cè)，實(shí)際上為數(shù)眾多的粒子加速器、對(duì)撞機(jī)等多半具有幾千米，甚至幾十千米長(zhǎng)的加速和聚能環(huán)。而且它們除了對(duì)環(huán)道施工的精度要求極高外，各轉(zhuǎn)彎和控制點(diǎn)等處也均需要設(shè)置強(qiáng)磁場(chǎng)。換句話說，在建造宇宙電磁炮的基本技術(shù)方面，人們?cè)缫殉浞终莆樟耍瑑H僅是所用領(lǐng)域不同而已。真正的困難倒是，從來沒誰把超級(jí)加速器放在高寒山區(qū)，而且青藏高原的交通條件目前也不大好。至于電磁炮的發(fā)射成本，如果不考慮產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的低溫液體費(fèi)用，僅僅是電和不可回收的炮彈殼體而已，日常維護(hù)成本也大概和同長(zhǎng)度的高速地鐵相仿，最多開口處一小段需要要配備專職掃雪人員，要么加個(gè)活動(dòng)蓋子，也就都解決了。四、電磁炮分類：國(guó)外所研制的電磁炮，根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同，可分為以下幾種類型：=1\*GB3①線圈炮：線圈炮又稱交流同軸線圈炮。它是電磁炮的最早形式，由加速線圈和彈丸線圈構(gòu)成．根據(jù)通電線圈之間磁場(chǎng)的相互作用原理而工作的。加速線圈固定在炮管中，當(dāng)它通入交變電流時(shí)，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)就會(huì)在彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與加速線圈電流的磁場(chǎng)互相作用，產(chǎn)生磁場(chǎng)力，使彈丸加速運(yùn)動(dòng)并發(fā)射出去。=2\*GB3②軌道炮：軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發(fā)射出去。它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸。當(dāng)兩軌接入電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)以很大的速度射出，這就是軌道炮的發(fā)射原理。=3\*GB3③電熱炮：電熱炮的原理完全不同于上述兩種電磁炮，其結(jié)構(gòu)也有多種形式。最簡(jiǎn)單的一種是采用一般的炮管，管內(nèi)設(shè)置有接到等離子體燃燒器上的電極，燃燒器安裝在炮后膛的末端。當(dāng)?shù)入x子體燃燒器兩極間加上高壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一道電弧，使放在兩極間的等離子體生成材料（如聚乙烯）蒸發(fā)．蒸發(fā)后的材料變成過熱的高壓等離子體，從而使彈丸加速。=4\*GB3④重接炮：重接炮是一種多級(jí)加速的無接觸電磁發(fā)射裝置，沒有炮管，但要求彈丸在進(jìn)入重接炮之前應(yīng)有一定的初速度。其結(jié)構(gòu)和工作原理是利用兩個(gè)矩形線圈上下分置，之間有間隙。長(zhǎng)方形的“炮彈”在兩個(gè)矩形線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到強(qiáng)磁場(chǎng)力的作用，穿過間隙在其中加速前進(jìn)。重接炮是電磁炮的最新發(fā)展形式。五、電磁炮的發(fā)展前景：由于艦艇平臺(tái)能夠?yàn)殡姶排谔峁┳銐虻陌惭b空間，同時(shí)可以采用核動(dòng)力等方式提供不間斷的能量供應(yīng)，因此電磁炮在海軍艦艇的應(yīng)有前景非常廣闊：1、對(duì)面火力投射：美國(guó)海軍規(guī)劃中為DDX7.5馬赫的速度發(fā)射，5分鐘后擊中20海里外的目標(biāo)。如此高的速度和遠(yuǎn)的射程將是電磁炮引領(lǐng)艦炮武器革命的原因，它可以在6秒鐘內(nèi)擊中水平范圍的內(nèi)的艦船，在6分鐘內(nèi)打擊600海里內(nèi)的固定和移動(dòng)目標(biāo)。配合其高精度及高殺傷力，將是海軍艦艇對(duì)面火力投送能力的巨大飛躍，也是炮彈取代導(dǎo)彈的一個(gè)標(biāo)識(shí)。而DDX的綜合電力系統(tǒng)將使艦上的各種電能武器和傳感器共享電力，并且如果戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)允許的話，還可以使艦船發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，提供充足的電力以滿足電磁軌道炮所需的15-30兆瓦電能，保持每分6-12發(fā)的射速。在大規(guī)模裝備電磁炮以后，海軍對(duì)面火力投射能力將獲得質(zhì)的飛躍，其火力密度、反應(yīng)時(shí)間、精度等都將有歷史性的突破。2、對(duì)空攔截：由于電磁炮作為動(dòng)能武器的特點(diǎn)，其高速、高殺傷力、高精度的特點(diǎn)非常適用于對(duì)空目標(biāo)的攔截。電磁炮彈丸的速度在大氣中可達(dá)4～6千米/秒，是各種飛機(jī)和導(dǎo)彈速度的2～15倍，當(dāng)以5千米/秒左右的速度射出時(shí)，可攔截速度在4馬赫以下的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。當(dāng)發(fā)射初速達(dá)到5～7千米/秒時(shí)，可在中段和末段對(duì)戰(zhàn)略導(dǎo)彈實(shí)施有效攔截，而當(dāng)速度為6～10千米/時(shí)可直接命中300～1000千米高度的低軌衛(wèi)星，而當(dāng)速度超過12千米/秒時(shí)，可打擊探測(cè)、跟蹤、導(dǎo)航定位、預(yù)警、通信等軌道高度較高的衛(wèi)星。也就是說，如果將電磁炮和宙斯盾系統(tǒng)相結(jié)合，將會(huì)為導(dǎo)彈防御系統(tǒng)提供更高速、更有殺傷力、反應(yīng)時(shí)間更短的火力系統(tǒng)，而且對(duì)多目標(biāo)的攔截能力也將進(jìn)一步加強(qiáng)。由于電磁炮的能量來源于電能，因此