被弹飞的吕环

被弹飞的铝环

高中二年级的一堂物理研究课上，老师拿出一个神秘的小装置，一个长方体的小盒子（长、宽、高为125mm×66mm×90mm），顶部连接一个金属线圈座。将一枚铝环放在线圈座上，打开电源开关，当右上角的示数显示为“450”时，按下红色按钮，突然铝环硬生生地“飞”了起来。之后，老师依次换了硬币、薄铜片等金属物体，按照前面的操作，它们竟然都会被弹飞；然而如果放上塑料、木质材料或开口的铝环等小物体，则不会发生被弹飞的现象。究竟发生了什么，铝环为什么会“飞”起来，下面的长方体盒子藏有怎样的玄机？

实 验 重 现

让我们来重新梳理一下这个实验。当按下红色按钮后，放在线圈座上的小物体被弹飞，结合小物体的飞行轨迹来分析，它应该是瞬时受到一个向上的力的作用，而且这个力的大小应该大于物体本身的重力。另一方面，并不是所有的物体都可以被弹飞，观察选用的实验物体发现，这个力的产生应该与实验物体的材质有关，只有闭合金属才会受到这个力的作用。而在实验物体飞起前的瞬间，它仅与长方体盒子有接触，但这个盒子除了被人为地按动过按钮，并没有发生任何移动，那么瞬间出现的力是怎么产生的呢？

实 验 揭 秘

让老师来揭开这个实验的秘密吧，它的玄机确实藏在这个长方体盒子中。这个盒子叫“楞次定律演示仪”。

小心地拆分开盒子，其主要由以下部件组成：模块外壳（利用3D打印机建模制作）、自制线圈、两节3.7V 的18650锂电池、ZVS升压模块、2000μF的电解电容、70tps的晶闸管、1000Ω的水泥电阻。

如电路图所示，两节锂电池提供7.4V的电压，通过ZVS直流升压将7.4V直流电升至450V，给2000μF电解电容充电。按下装置按钮后，电容器突然放电，当通过70tps晶闸管导入线圈时，会产生数千安培的瞬时直流电流，同时产生巨大的磁通量变化。如果此时线圈座上放置的实验物体为闭合金属，就会发生电磁感应现象，产生较强的电动势，金属实验物会产生较大的涡流，根据楞次定律“增反减同，来拒去留”的规律，感应磁场与原磁场相反，金属物体与线圈之间产生的安培力为斥力，最终就是我们观察到的金属实验物体被弹飞的现象，换言之，也是电势能转化为物体动能的过程。

电 磁 炮

讲到这里，相信大家应该明白铝环为何会被弹飞了吧。其实在许多高科技产品中都能看到楞次定律的影子，如军事上的新型武器——电磁炮。电磁炮主要由能源装置、加速器、开关三部分组成，其中最核心的部件就是加速器了。当打开开关，接通能源装置和加速器后，能在几毫秒之内将兆安级的电流引进加速器中。当金属外壳的炮弹经过加速器，同前面提到铝环被弹飞的原理类似，金属炮弹受到电磁力作用被加速。理论上，被加速的炮弹的出膛速度甚至可以达到亚光速。