資源描述：
《高斯炮論文 高斯炮中磁相互作用的研究.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、高斯炮中磁相互作用的研究【摘要】：在沒有磁性的軌道上放置磁鐵，并在其后把若干個(gè)鋼球排成一列，當(dāng)另一個(gè)鋼球以很小的初始速度撞向磁鐵，則磁鐵另一側(cè)的鋼球會(huì)以一個(gè)令人驚訝的高速彈出。設(shè)計(jì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)磁相互作用力的測(cè)量方法。分析高斯炮的作用原理，研究系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換。嘗試通過理論計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！娟P(guān)鍵詞】：高斯炮，鋼球，能量轉(zhuǎn)換。引言：和先進(jìn)的核聚變技術(shù)，新型能量來源，超空間技術(shù)和進(jìn)步的合金冶煉技術(shù)相比，投射武器簡(jiǎn)直就是快報(bào)廢的老古董。但也因?yàn)槟芰考夹g(shù)的進(jìn)步，讓它找回自己在新世紀(jì)中的定位：它的原理早在20和21世紀(jì)就被熟知：粒子加速。高斯炮就是一座大型的粒子加速器，成噸重的炮彈被巨大的電磁場(chǎng)
2、加速，這些炮彈的出膛速度是如此之高，它燃盡了周遭空氣中的塵埃，后座力撼動(dòng)大地。它的破壞力足以擊穿任何現(xiàn)代的裝甲，防護(hù)盾被擊穿也不是少數(shù)例子。有時(shí)甚至能把目標(biāo)直接打個(gè)對(duì)穿。實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)分析一.高斯炮如下圖所示，入射球在磁力作用下，獲得動(dòng)能，撞擊小球，能量傳遞，根據(jù)動(dòng)量守恒，最后的小球?qū)⒁砸凰俣蕊w出。圖1球以很小的速度入射圖2射出的球?qū)⒁愿叩乃俣壬涑銎渲写嬖谥矒魮p耗，摩擦力損耗，所以前后小球的能量不能做到守恒，本試驗(yàn)研究小球所受力的情況，并且研究能量的變化小球質(zhì)量m=11.296g，直徑d=13.949mm。圖3實(shí)驗(yàn)中的入射球圖4實(shí)驗(yàn)中的出射球二．靜態(tài)力，動(dòng)態(tài)力的測(cè)量。圖5靜態(tài)力
3、的測(cè)量法一：如上圖所示，M的重力即可視為小球在次位置所受的磁力，可以用拉力傳感器代替M，直接讀出小球各位置所受力的情況。法二：測(cè)量小球所受磁場(chǎng)，估算所受力1）有磁性的入射小球(X為小球離磁塊距離，F(xiàn)為所受力)X/mmF1/NF/N016.3618.190.76811.2913.121.1789.1610.991.587.29.032.0346.418.242.3945.227.052.8084.616.443.2323.915.744.4512.384.215.5121.313.148.5120.492.3211.5120.061.8933.512-1.830由上表知靜態(tài)力的大小1
4、8.19N（入射球剛要脫離未脫離磁塊時(shí)所受力），動(dòng)態(tài)力如右曲線圖（圖6）所示。呈下降趨勢(shì)。下面為小球在距離磁塊特定距離下的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小入射球所受磁感應(yīng)強(qiáng)度：出射球所受磁感應(yīng)強(qiáng)度：圖7圖81）無磁性的入射小球(X為小球離磁塊距離，F(xiàn)為所受力)X/mmF1/nF/N6.90.610.370.580.2780.490.1890.460.15100.430.12110.40.09120.370.06130.350.04140.340.03150.340.03160.320.01170.310180.310190.310200.310250.310由上表知靜態(tài)力大小0.3N，動(dòng)態(tài)力如右圖（
5、圖9）所示。下面為小球在距離磁塊特定距離下的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小入射球所受磁感應(yīng)強(qiáng)度：出射球所受磁感應(yīng)強(qiáng)度：圖10圖11三．撞擊前后能量的研究1）有磁性入射小球入射球的時(shí)間速度曲線14圖12由圖12知入射球的最終（最大）速度為V=1.445m/s所具有的動(dòng)能W1=1/2*m*v^2=11.8Mj出射球的時(shí)間速度曲線圖13由圖13知出射球的最大速度V=1.61m/s.所具有的動(dòng)能W2=14.6mJ由圖6做積分知道磁力所做功W=FX=78.3mj1）無磁性的入射小球入射球的時(shí)間速度曲線圖14由圖14知入射球所具有的初速度為V1=56.7cm/s末速度V2=62.8cm/s所獲得能量為W3=0
6、.411Mj出射球的速度時(shí)間曲線圖15由圖15知出射球的最大（初始）速度V3=49.7cm/s所具有能量W4=1.4Mj由圖6F-X積分所得磁力所做功W=FX=0.8735Mj.實(shí)驗(yàn)總結(jié)，由以上數(shù)據(jù)顯示，無磁入射球與有磁入射球的出射球的能量都高于入射球的能量，假定倆球質(zhì)量相同，顯然實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在問題，速度的測(cè)量及處理存在問題，可能在用軟件處理視頻時(shí)存在操作上的失誤，也可能是實(shí)驗(yàn)操作誤差。根據(jù)動(dòng)能定理以及動(dòng)量守恒可以得知倆球的速度應(yīng)該近似相同，有磁性情況下，V1=1.445m/s，V2=1.61m/s無磁性情況下，V3=62.8cm/sV4=49.7cm/s,可以看到近似成立的（速度測(cè)
7、量有一定誤差存在），但是有磁性力與位移的積分計(jì)算存在巨大誤差，磁力做功78.3mj，而小球能量?jī)H有11.8mj，顯然不應(yīng)該存在如此大的摩擦力，相反，無磁性的情況下，磁力做工0.8735mj，小球能量0.411mj，摩擦損耗為0.4625mj，可以接受。所以本次試驗(yàn)幾乎只是摸清物理規(guī)律，并自己動(dòng)手測(cè)量物理規(guī)律，實(shí)驗(yàn)測(cè)量存在巨大問題，以后會(huì)注意。參考文獻(xiàn)1)DavidKagan，EnergyandMomentumintheGaussAccelerator［J］，THEPH
