高考試題中難度最大的往往是電磁學(xué)、力學(xué)綜合試題，其中有關(guān)“電磁炮”的題目雖然主要考查安培力，但近十多年來(lái)題目是越來(lái)越不容易解答了。今天，我們就來(lái)分享這些試題。磁軌炮屬于現(xiàn)代化武器系統(tǒng)。磁軌炮是一種電炮，利用電磁系統(tǒng)發(fā)射高速的炮彈。它依賴于強(qiáng)大的電磁場(chǎng)來(lái)加速金屬炮彈，使其達(dá)到極高的速度。磁軌炮具有高精度、高射速和遠(yuǎn)程打擊能力，適用于現(xiàn)代軍事應(yīng)用。據(jù)日本媒體報(bào)道，日本防衛(wèi)裝備廳日前宣布，已與法國(guó)和德國(guó)簽訂電磁炮合作分工協(xié)定。此前，日本也與美國(guó)簽訂一份為期5年的電磁炮聯(lián)合研發(fā)協(xié)議。一系列合作表明，日本正試圖組建電磁炮研發(fā)聯(lián)盟，以加速電磁炮的實(shí)戰(zhàn)化研究與開發(fā)。電磁炮又稱磁軌炮或軌道炮，是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種動(dòng)能殺傷武器。日本已將電磁炮列為未來(lái)10年的武器研發(fā)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，并不斷推進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證和原型試驗(yàn)。根據(jù)日本方面的說(shuō)法，其電磁炮主要通過(guò)發(fā)射高速?gòu)椡璐驌艉Ｉ虾涂罩心繕?biāo)，與傳統(tǒng)火炮相比，電磁炮具有高初速、遠(yuǎn)射程、低成本、連續(xù)發(fā)射和精準(zhǔn)打擊等特點(diǎn)，能夠攔截包括高超音速導(dǎo)彈在內(nèi)的多種海上和空中威脅，可彌補(bǔ)其現(xiàn)有導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的不足。

題目一．18．電磁軌道炮工作原理如圖所示。待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸。電流I從一條軌道流入，通過(guò)導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng)（可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)），磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出?，F(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來(lái)的2倍，理論上可采用的辦法是

（

）A．只將軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉?lái)的2倍B．只將電流I增加至原來(lái)的2倍C．只將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半D．將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半，軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，其它量不變【來(lái)源】2011年新課標(biāo)卷第18題?！敬鸢浮緽D。

題目二．電磁軌道炮利用電流和磁場(chǎng)的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來(lái)研制新武器和航天運(yùn)載器．電磁軌道炮示意如圖，圖中直流電源電動(dòng)勢(shì)為E，電容器的電容為C．兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)．炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN，垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài)，并與導(dǎo)軌良好接觸．首先開關(guān)S接1，使電容器完全充電．然后將S接至2，導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（圖中未畫出），MN開始向右加速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩極板間的電壓相等時(shí)，回路中電流為零，MN達(dá)到最大速度，之后離開導(dǎo)軌．問(wèn)：

（1）磁場(chǎng)的方向；（2）MN剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a的大小；（3）MN離開導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少．【答案】（1）垂直于導(dǎo)軌平面向下；【難度】0.15【來(lái)源】2017年天津市高考物理試題【知識(shí)點(diǎn)】電磁炮【詳解】（1）電容器充電后上板帶正電，下板帶負(fù)電，放電時(shí)通過(guò)MN的電流由M到N，欲使炮彈射出，安培力應(yīng)沿導(dǎo)軌向右，根據(jù)左手定則可知磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面向下．（2）電容器完全充電后，兩極板間電壓為E，根據(jù)歐姆定律，電容器剛放電時(shí)的電流為：（3）電容器放電前所帶的電荷量Q1=CE

開關(guān)S接2后，MN開始向右加速運(yùn)動(dòng)，速度達(dá)到最大值vm時(shí)，MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E′=Blvm

最終電容器所帶電荷量Q2=CE′，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到安培力的作用，磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)體棒長(zhǎng)度不變，即安培力和電流成正比，因此在此過(guò)程中MN的平

題目三．25．（20分）下圖是導(dǎo)軌式電磁炮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定，其間安放金屬滑塊（即實(shí)驗(yàn)用彈丸）?；瑝K可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑行，且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。電源提供的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流入，經(jīng)過(guò)滑塊，再?gòu)牧硪粚?dǎo)軌流回電源?；瑝K被導(dǎo)軌中的電流形成的磁場(chǎng)推動(dòng)而發(fā)射。在發(fā)射過(guò)程中，該磁場(chǎng)在滑塊所在位置始終可以簡(jiǎn)化為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于紙面，其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為B=kI，比例常量k=2.5×10－6T/A。已知兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距l(xiāng)=1.5cm，滑塊的質(zhì)量m=30g，滑塊沿導(dǎo)軌滑行5m后獲得的發(fā)射速度v=3.0km/s（此過(guò)程視為勻加速運(yùn)動(dòng)）。（1）求發(fā)射過(guò)程中電源提供的電流強(qiáng)度。（2）若電源輸出的能量有4%轉(zhuǎn)換為滑塊的動(dòng)能，則發(fā)射過(guò)程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大？（3）若此滑塊射出后隨即以速度v沿水平方向擊中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度為s'。設(shè)砂箱質(zhì)量為M，滑塊質(zhì)量為m，不計(jì)砂箱與水平面之間的摩擦。求滑塊對(duì)砂箱平均沖擊力的表達(dá)式?！緛?lái)源】2005年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試（北京卷）第25題?！窘馕觥?5.（20分）

題目四．15．（8分）據(jù)報(bào)道，最近已研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示。炮彈（可視為長(zhǎng)方形導(dǎo)體）置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接。開始炮彈在導(dǎo)軌的一端，通以電流后炮彈會(huì)被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出。設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離d=0.10m，導(dǎo)軌長(zhǎng)L=5.0m，炮彈質(zhì)量m=0.3kg。導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示。可認(rèn)為，炮彈在軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所在出磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為B=2.0T，方向垂直于紙面向里。若炮彈出口速度為v=2.0×103m/s，求通過(guò)導(dǎo)軌的電流I。忽略摩擦力與重力的影響?！緛?lái)源】2007高考海南物理（新課標(biāo)）第15題。

【答案】6×105A。【解析】15、在導(dǎo)軌通有電流I時(shí)，炮彈作為導(dǎo)體受到磁場(chǎng)施加的安培力為F=IdB

①設(shè)炮彈的加速度的大小為a，則有因而

F=ma

②炮彈在兩導(dǎo)軌間做勻加速運(yùn)動(dòng)，因而

評(píng)分參考：①式3分，②式2分，③式2分，結(jié)果2分（⑤式2分，⑤式錯(cuò)④式對(duì)，給1分）題目五．電磁軌道炮利用電流和磁場(chǎng)的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來(lái)研制新武器和航天運(yùn)載器。電磁軌道炮示意如圖，圖中直流電源電動(dòng)勢(shì)為E，電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，電阻不計(jì)。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN，垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài)，并與導(dǎo)軌良好接觸。導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（圖中未畫出），不計(jì)電容器放電電流引起的磁場(chǎng)影響。（1）首先開關(guān)S接1，電源對(duì)電容器充電。畫出充電過(guò)程中電容器兩極板間的電壓u隨所帶電荷量q變化的圖像；并借助圖像求出穩(wěn)定后電容器儲(chǔ)存的能量E0；（2）充電結(jié)束后將S接至2開始放電，MN開始向右加速運(yùn)動(dòng)。求MN剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a的大??；（3）當(dāng)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩極板間的電壓相等時(shí)，回路中電流為零，MN達(dá)到最大速度，之后離開導(dǎo)軌。

a．已知自由電子的電荷量為e，請(qǐng)你分析推導(dǎo)當(dāng)導(dǎo)體棒獲得最大速度之后，導(dǎo)體棒中某一自由電子所受的電場(chǎng)力與導(dǎo)體棒最大速度之間的關(guān)系式；b．求MN離開導(dǎo)軌后的最大速度vm?！倦y度】0.65【來(lái)源】2022屆北京市門頭溝區(qū)高三下學(xué)期綜合練習(xí)物理試題（二）【知識(shí)點(diǎn)】電磁炮【詳解】（1）電壓u隨所帶電荷量q變化的圖像如圖所示電容器充電完畢時(shí)其電壓等于電動(dòng)勢(shì)E。有：電容器所帶的電荷量Q=CE圖線與橫軸所圍面積即為電容器儲(chǔ)存的能量。有：（2）電容器完全充電后，兩極板電壓為E，當(dāng)開關(guān)接2時(shí)，電容器放電，設(shè)剛放電時(shí)流經(jīng)MN的電流為I，有

MN所受安培力F=B