高中物理知識在生活中的應(yīng)用

孟婷蕊

（河南省實驗中學(xué)，鄭州 450002）

以往我們在高中物理學(xué)習(xí)時主要側(cè)重于基礎(chǔ)理論知識的掌握，卻忽略了培養(yǎng)對物理本身的熱愛以及對物理知識學(xué)以致用的能力。物理學(xué)科是一門對既定規(guī)律的追根溯源和加以應(yīng)用，以帶給人類更大便利的學(xué)科，它的形成是人們對于生活中各種現(xiàn)象的總結(jié)與研究的結(jié)果。因此，為更加深入的學(xué)習(xí)物理知識，則需要在掌握基礎(chǔ)理論知識的同時，使自己對物理學(xué)科有更深入的認識，以了解這門學(xué)科的實用價值，并嘗試用已學(xué)的知識理解物理規(guī)律在生活中應(yīng)用的原理，最終達到對個人物理知識體系的完善與應(yīng)用能力的提高。

1 高中物理中的熱力學(xué)知識應(yīng)用

在古代，人們就已經(jīng)成功的應(yīng)用到了熱力學(xué)的相關(guān)知識，其中以熱脹冷縮的應(yīng)用最為普遍，這里通過東漢石門隧道、熱氣球兩個方面的應(yīng)用加以分析。在山川之間開鑿隧道是一項復(fù)雜、艱難的工程，由于缺乏有效的工具，古代開鑿隧道存在巨大的難度。但是，早在東漢永平年間，古人就利用自身的智慧開鑿出了石門隧道，其中使用了“火燒水激”的方法，其原理與熱力學(xué)中的“熱脹冷縮”相一致，通過高溫對巖石的烘烤，使其與巖石整體之間呈現(xiàn)出溫度上的巨大差異，在巖石達到一定溫度之后，迅速潑水降溫，使高溫巖石表面溫度急劇降低，在“熱脹冷縮”的作用下，巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生崩裂，降低了在巖石上開鑿隧道的難度，成功解決了早期巖石隧道的施工難題。

熱氣球也是熱力學(xué)知識在生活中應(yīng)用的又一經(jīng)典案例，與其它傳統(tǒng)航空器不同，熱氣球是利用了空間范圍內(nèi)溫度升高導(dǎo)致空氣膨脹，空氣密度相對于外部空氣密度降低，所產(chǎn)生的浮力使熱氣球與其搭載的東西能夠脫離地面，并借助動力推動裝置向固定的方向飛行。熱氣球的浮力大小與球體內(nèi)空氣溫度、球體體積直接相關(guān)，為使熱氣球升到更高的位置，可以通過加大噴燈供氣、供油量的方式實現(xiàn)，也可以減輕吊艙載荷來達到相同的目的。熱氣球的出現(xiàn)使人們第一次能夠通過飛行器進行遠距離的旅行，為人類進一步探索天空奠定了基礎(chǔ)。

無論是石門隧道，還是熱氣球，都屬于高中物理熱力學(xué)知識在生活中的實際應(yīng)用，除此以外還有高壓鍋排氣閥等都屬于熱力學(xué)的范疇，善于發(fā)現(xiàn)生活中熱力學(xué)知識的應(yīng)用，能夠有效提高自身對熱力學(xué)相關(guān)知識的理解。

2 生活中的光學(xué)知識應(yīng)用

作為高中物理知識體系中的主要內(nèi)容之一，光學(xué)知識在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在建筑節(jié)能、醫(yī)學(xué)、軍事等多個方面。

2.1 建筑節(jié)能方面的光學(xué)知識應(yīng)用

隨著人們環(huán)境保護意識的提高，關(guān)于節(jié)能方面的技術(shù)研究越來越多，其中以現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計中的光學(xué)知識應(yīng)用較為典型。以大型商場為例，以往商場的建筑設(shè)計缺乏節(jié)能方面的考慮，以至于在室內(nèi)照明方面大量依靠電能，這不僅增加了商場的成本支出，也在某種程度上浪費了大量的電能。為此，現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，為這一問題的解決提供了新的思路，設(shè)計出一款太陽能光纖照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括太陽隨動跟蹤器、集光器、光纖傳導(dǎo)設(shè)備、反射終端組成。其中，太陽隨動跟蹤器可以根據(jù)太陽具體位置選擇最佳的陽光收集角度，集光器可以用來調(diào)整陽光接受強度，光纖傳導(dǎo)設(shè)備依托光纖對光傳導(dǎo)過程中的低損耗優(yōu)勢將陽光傳遞至各個反射終端，根據(jù)實際需要，反射終端可以對光照強度進行調(diào)整。除太陽能光纖照明系統(tǒng)以外，研究人員還設(shè)計出了反射鏡一次反射法、導(dǎo)光管法等，并已經(jīng)在不同建筑領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的光學(xué)知識

光學(xué)知識的應(yīng)用范圍除建筑領(lǐng)域以外，在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用案例也是數(shù)不勝數(shù)，以我們?nèi)粘z查過程中遇到的B超來說，它利用的就是超聲波反射原理。在實際使用過程中，探頭以垂直方向通過人體表面向體內(nèi)射出超聲波，超聲波在人體內(nèi)各組織間進行傳播，當(dāng)遇到組織分界面，或者是組織內(nèi)表面非均勻處時則會產(chǎn)生回波，探頭接收到相關(guān)位置回波之后，會根據(jù)回波特性對其進行定位與分析，進而進行B超呈現(xiàn)。這與我們學(xué)過的機械波的知識也有一定的相通之處。相比較X光檢查來說，B超的構(gòu)圖方式為縱切面式，與X光的縱向投影之間存在較大差別，因此，B超主要用于組織切面上的病變檢查。

2.3 光學(xué)知識在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用研究

在軍事領(lǐng)域，高中物理知識中的光學(xué)部分起到了極為重要的作用，如激光制導(dǎo)、地形勘探、偽裝偵查等，都使用到了光學(xué)相關(guān)知識。以激光制導(dǎo)為例，由于早期武器定位系統(tǒng)存在較大誤差，以至于在實際使用過程中無法對目標進行精確打擊。針對這一實際情況，研究人員提出以激光為引導(dǎo)的激光制導(dǎo)武器，該武器利用地面激光束的引導(dǎo)，由于激光在生活中并不常用，且激光在傳輸過程中保持較高的一致性，只有在目標表面才會發(fā)生漫反射，此時，激光制導(dǎo)武器會根據(jù)目標物上所反射出來的激光信號調(diào)整其飛行姿態(tài)，以確保能夠擊中目。

2.4 光污染的成因與防治

在如今的城市中，光污染對人們的生活造成了越來越大的影響。建筑大樓的玻璃幕墻以及各種涂料在明亮陽光的照射下產(chǎn)生的反射光，不僅讓行人感到刺目，還會造成司機的視覺干擾導(dǎo)致車禍等后果，這些反射光射入室內(nèi)，還會影響居民生活。對于這些問題，可以在城市規(guī)劃和建筑設(shè)計時，利用光的折射反射等原理，對玻璃幕墻等進行特殊造型設(shè)計，減少反射的太陽光射向大街和居民樓內(nèi)，也可以使用新型的亞光外墻建筑材料進行防治。同樣常見的還有汽車的遠光氙氣車燈造成的眩光污染，這種燈燈光刺目，亮度極高，對交通安全造成極大威脅。對于這一問題，目前有效的解決方法是利用偏振原理，當(dāng)相向而行的兩車都使用45度角的偏振片前擋風(fēng)玻璃和車燈透鏡時，射入人眼的光就會大大減少，從而起到防止刺目的效果。

光污染并不是單純的某一方面的防治，它還有許多未解決的問題，而即使是一些簡單的物理基礎(chǔ)知識，由上觀之，靈活應(yīng)用后也可以解決一些問題。

3 電磁學(xué)相關(guān)知識在生活中的應(yīng)用

高中物理知識中的電磁學(xué)知識在生活中的應(yīng)用可謂是隨處可見，電磁爐、軌道裂隙檢測等都用到了電磁學(xué)相關(guān)的知識，下面以電磁爐與軌道裂隙檢測為例講解相關(guān)電磁學(xué)知識的應(yīng)用。

3.1 電磁爐的加熱原理

與傳統(tǒng)加熱方式不同，電磁爐的加熱不存在明火，在電磁爐的表面是一層高耐熱的陶瓷板，陶瓷板下方的多級線圈與電源相連接，在通電的情況下，線圈內(nèi)的電流會產(chǎn)生強大的電磁場，當(dāng)鐵質(zhì)或合金鋼炊具放置在電磁爐上時，由于電磁感應(yīng)的存在，將會在炊具內(nèi)部形成渦流，進而產(chǎn)生渦流熱效應(yīng)，電磁爐的加熱過程也就完成。

然而，以電磁感應(yīng)為發(fā)熱原理的電磁爐在使用過程中也存在一些問題，其中最為明顯的就是接近陶瓷面板位置的溫度最高，炊具其它位置的溫度升高并不明顯，主要依靠炊具自身導(dǎo)熱。這是由于磁場的不可約束性導(dǎo)致，即便通過增加鐵芯等方式使磁通量增加，也并不能夠解決電磁爐普遍存在的加熱不均勻問題。

3.2 軌道裂隙檢測

無論任何一種軌道交通方式，都無一例外的存在金屬疲勞特性，在長時間的高強度工作狀態(tài)下，地鐵、高鐵、有軌電車等交通工具的軌道都會出現(xiàn)不同水平的裂隙，如不及時發(fā)現(xiàn)，極易導(dǎo)致重大交通事故，威脅人們的生命財產(chǎn)安全。針對這一情況，研究人員設(shè)計了一種高速軌道裂隙檢測工具，其中就用到了高中物理中電磁學(xué)的相關(guān)知識。

電磁波在空氣中的傳播速度與光速相同，為299792458米每秒，約等于3×108m/s，研究人員根據(jù)雷達原理，將一部雙工雷達安裝在軌道檢測車上，向軌道上持續(xù)發(fā)射電磁波，并接收軌道反射回來的電磁波。該軌道檢測車可以根據(jù)反射回來的電磁波的相位特征進行軌道狀態(tài)圖譜繪制，從而確認所測量軌道是否存在裂隙。

然而，這里需要注意的是，基于電磁波的軌道裂隙檢測裝置對空間電磁環(huán)境的純凈度要求較高，因此，為提高軌道裂隙檢測的精度，應(yīng)當(dāng)慎重選擇電磁波的頻率，從而避免外界電磁干擾的影響。

4 結(jié)束語

高中物理知識在生活中的應(yīng)用并不僅僅局限于以上三個方面，物理學(xué)科的實用性和適用性可見一斑。因此，我們應(yīng)當(dāng)努力學(xué)習(xí)物理基礎(chǔ)知識，并結(jié)合生活中的應(yīng)用實踐加深對物理知識的理解，提高自身對物理知識學(xué)習(xí)的興趣，在促進個人物理基礎(chǔ)知識體系不斷完善的同時，提升自身理論實踐能力。