大学物理（二）、大学物理实验（二）线上非标准化必选考试
——电磁炮的理论与实践
总体要求：
（1）实验需要考虑安全、法规要求以及可能的风险。确保在安全的环境中开展实验，并随时准备应对可能的风险，如用电风险，被弹体击伤风险等，所有实际实验不得使用超过36V的电源；
（2）每份单独上交的答案、图片、视频、文件等都要标注好自己的姓名和学号；
（3）雷同答案按0分处理。
题1平行直导线间的作用力（基础理论）
（本题10分，上交的答案需包括你的姓名、学号和完整的计算过程）
如图1，a和b为两根相同的放置于光滑水平面上的载流均为I的无限长平行直导线，两导线间的距离为，试计算此时导线b上长度为l的一段所受的磁场力。
图1
题2平行直导线间的作用力做功（综合扩展）
（本题20分，上交的答案需包括你的姓名、学号和完整的计算过程）
（1）如图1，若导线a固定，导线b初始静止，而后在磁场力作用下在光滑水平面上从初始位置（距离导线a距离为）运动到末位置（距离导线a距离为），试计算该过程中磁场力对导线b上长度为l的一段所做的功和导线b的末速度（导线单位长度的质量为）。
（2）如图1，若导线a和导线b均不固定且初始均静止，而后在磁场力作用下在光滑水平面上运动，初始时两导线间距离为，末状态时两导线间距离为，试计算该过程中磁场力对导线b上长度为l的一段所做的功和导线b的末速度（导线单位长度的质量为）。
题3圆线圈间的作用力（可选扩展）
（本题（1）、（2）两问共20分，上交的答案需包括你的姓名、学号和完整的计算过程。（3）问为可选计算，可以不做，如完成（3）问，最多可以额外得到卓越分5分）
如图2，a和b为两个平行放置的载流均为I的圆线圈，两线圈间垂直距离为h，试：（1）分析a受到的磁场力的方向；（2）说明计算a受到的磁场力的大小的思路和计算方法；（3）（可选）若，计算a受到的磁场力的大小（如有必要可以使用软件进行数值积分）。
图2
题4设计并制作简易磁力演示仪（实验应用）
（本题共30分，上交的答案需包括你的姓名、学号、完整的解答、要求的视频、需要的图片或其它需要上交的资料或文件，若设计并实现了可以定量显示的实验仪，最多可以额外得到卓越分5分）
试根据以上题1~题3的相关理论计算，设计并实现一个可以用来定性（或定量（可选））演示电流间的磁场力的简易演示实验仪。请（1）详细说明（i）你的演示实验仪所使用的所有实验器材；（ii）演示实验的操作过程；（iii）写一段演示实验解说词（解释和说明你的演示实验的实验现象及为什么该实验现象能用来演示电流间的磁场力）；（2）拍摄并上交一段视频（你自己必须全程出镜，视频时间不超过15秒），演示你的演示实验仪的使用的全过程（你可以在视频里使用你的解说词，阐述设计方案和实现过程现象，视频时间可以相应增加而不受15秒限制，但也不宜太长）。
题5电磁炮的基本原理与设计（扩展设计）
（本题（1）、（2）两问共20分，上交的答案需包括你的姓名、学号和完整的描述和设计。（3）问为可选制作，可以不完成，如完成（3）问，最多可以额外得到卓越分5分）
电磁炮是一种利用电磁力为炮弹提供动力的武器，其基本设计原理之一即为电流间的磁场力做功。认真阅读题目所附的三篇参考文献，（1）用自己的语言尽可能详细的描述电磁炮弹发射的基本原理；（2）设计一个简单的电磁炮，详细说明你的电磁炮的主要部分的设计（结构、电路、几何参数、电磁参数等）；（3）（可选）根据上述设计参数，制作一个能实现基本功能的电磁炮（基本功能为电磁炮能够将弹丸射出炮口，购买成品不计分）。拍摄并上交一段视频（你自己必须全程出镜，视频时间不超过15秒），演示你的电磁炮实现全过程（你可以在视频里使用你的解说词，阐述设计方案和实现过程，视频时间可以相应增加而不受15秒限制，但也不宜太长）。
有关卓越分的说明：完成可选问题可以得到卓越分，卓越分将直接加在本考试的卷面总分上，如果由于增加了卓越分而导致总得分超过100，超出部分将直接去掉而以100分计分。
附：参考文献
[1]费付聪,李渊成,唐勇等.基于传感器控制的多级磁阻式电磁炮制作与研究[J].物理与工程,2013,23(01):25-28+35.
[2]王京,姜琛昱,何焰蓝.电磁动能武器简介[J].大学物理，2005,24(11):59-63.
[3]陈楠,刘家玮,郑力嘉等.基于多模式切换的高精度电磁炮系统[J].大学物理,2022,41(11):72-76.