先进价廉的电磁大炮

郑月刚

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的杀伤武器。电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间比火药爆炸推进的瞬间作用要长得多，因而可大大提高弹丸的速度和射程；其次，利用电磁力所做的功作为发射能量，不会产生强大的冲击波和弥漫的烟雾，因而具有良好的隐蔽性；还可根据目标的性质和距离，调节、选择适当的能量来调整弹丸的射程；电磁炮没有圆形炮管，弹丸体积小，重量轻，使其在飞行时的空气阻力很小，因而电磁炮的发射稳定性好，初速度高，射程远；由于电磁炮的发射过程全部由计算机控制，弹头又装有激光制导或其他制导装置，所以具有很高的射击精度。另外，从发射能量的成本来看，常规火炮的发射药产生每兆焦耳能量需10美元，而电磁炮只需0.1美元。而且电磁炮还可以省去火炮的药筒和发射装置，故而重量轻、体积小、结构简单、运输以及后勤保障等方面更为安全可靠和方便。目前电磁炮中最为成熟的是轨道炮，它的原理如图1所示：A、B两条平行的长直导轨间放置一质量较小的滑块C作为弹丸。当两轨接入电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块C从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块C在安培力的作用下，以很大的速度射出。

原创试题

1. 如图1所示，炮口向右，下列说法正确的是（）

A. 若要正确发射，电流必须由A轨经C流向B轨

B. 若要正确发射，电流必须由B轨经C流向A轨

C. 不管电流方向如何，弹丸都将从炮口向右发射出去

2. 若mC为2 kg，发射时间为1 s，射速为1 000 m/s，ABC回路中电阻为1 Ω（近似认为不变），供电电压为10 kV，假设轨道间光滑。试求回路中电流大小和电源功率（不考虑摩擦力）。

3. 因为滑块C有特定的电学性能要求，要使每一颗炮弹都达到电磁加速时的电学性能要求会使成本进一步增高，所以希望能反复使用滑块C进行炮弹发射，即将滑块C和炮弹分离，利用高速的滑块C撞击炮弹来进行发射。要达到这样的目的，炮弹和滑块应满足什么样的质量关系最合理？

4. 文中提到：“电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间比火药爆炸推进的瞬间作用要长得多”，请就此讨论电磁炮优于传统火炮的地方和道理。

5. 请根据所学物理知识，提出两个研制轨道炮中可能遇到的难题。