教材中電磁力在技術、軍事上的運用

一、電磁力作爲動力

1、電磁炮

原理:電磁炮是運用通電導體在磁場中受到安培力的作用而加速發射的。本題先由運動學知識計算彈體的加速度,再根據牛頓第二定律計算安培力大小,最後根據安培力公式計算磁感應強度;電磁炮的最大功率是彈體速度最大的時候,根據瞬時功率可以計算。

2、磁流體發電機

原理:等離子體(高溫下電離的氣體,含有大量帶正、負電的粒子)垂直射入磁場中,受到洛倫茲力的作用而發生偏轉,使得兩極板帶上正負電荷成爲一個電源,可以對外供電。本題根據粒子的偏轉情況可以判斷髮電機的正負極,但是粒子不能無限制偏轉,因爲粒子同時受到電場力的作用,當洛倫茲力等於電場力時,粒子不發生偏轉,可以根據題意計算該發電機的電動勢大小。

3、超導電磁船

原理:海水含有鹽,是導體,當通電時,海水受到向後的安培力,根據牛頓第三定律,海水對船體有向前的作用力。以電磁作爲動力,噪音小,正如電動車噪聲小一樣。本題使船前進的力不是海水受到的安培力,而是海水對船的反作用力,根據左手定則可以判斷電流方向,根據安培力公式與牛頓第三定律,可知增大電流與磁感應強度可以增大船的推力。

4、電磁泵

原理:液體添加導電劑後變成導體,通電後,在磁場中受到向左的安培力,從而把液體抽走。本題要明確液體電阻的長度、橫截面積、電阻率(與電導率互爲倒數),根據電阻定律與歐姆定律計算出通電的電流;再根據安培力公式可知,增大磁感應強度、電流(或電導率)可以增大安培力,從而可以克服水的更大重力,將水抽到更高。答案如下:

5、電磁彈射器

原理:飛機起飛前,前輪連接一根金屬牽引杆,杆伸出,通入強電流,牽引杆在磁場中受到安培力而帶動飛機短時間內運動到高速,達到起飛的速度。根據電流方向與安培力方向,可判斷磁場方向,再設置數據,根據牛頓第二定律、運動學公式得到飛機起飛的軌道長度。答案如下:

6、磁懸浮列車的驅動系統

原理:列車下端的閉合線框在磁場中的磁通量發生變化,產生感應電流,電流在磁場作用下受到安培力,這個力就是列車的驅動力。本題當線框邊界位於磁感應強度最大且反向時,線框的磁通量變化率最大,電流最大,受到的安培力也最大,驅動力最大。答案如下:

二、電磁力作爲阻力

原理:舊的阻攔系統是一根特製的繩索,這是一根技術高超、價格昂貴的索,據說只有四個國家制成,由於用索制動,有一些列的缺點,比如維護保養、人工、價格等;現在採取電磁阻攔系統,其與發射系統相反,原理也不盡相同,飛機着地後勾住金屬棒,使之切割磁感線產生感應電流,電流受到安培阻力的作用而帶動飛機減速。

總結:電磁力作用已作爲一種常見的力運用在技術與軍事上,其或爲動力、或爲阻力,瞭解技術與軍事知識,加深物理知識在這些方面的應用,同時增強物理學習興趣。

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