物理學(xué)在現(xiàn)代生活中的運(yùn)用略述

孫志誠(chéng)

摘要：隨著物理學(xué)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，人類社會(huì)飛速前進(jìn)，人們的生活也發(fā)生了翻天覆地的變化，物理學(xué)所揭示的客觀規(guī)律為我們的生產(chǎn)生活奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，在這些理論的指引下，人類文明不斷進(jìn)步，本文介紹了物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)、物理學(xué)與生活的緊密聯(lián)系，重點(diǎn)分析了生活中應(yīng)用物理學(xué)知識(shí)的幾個(gè)典型案例，幫助人們意識(shí)到物理學(xué)對(duì)于人類社會(huì)發(fā)展的重大意義，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)物理學(xué)的研究。

關(guān)鍵詞：物理學(xué) 現(xiàn)代生活 運(yùn)用

物理學(xué)作為一門研究自然規(guī)律的學(xué)生，從古至今在人們的生產(chǎn)生活中起到了巨大的推動(dòng)作用，從遠(yuǎn)古時(shí)代利用摩擦生熱原理進(jìn)行鉆木取火，到第一次工業(yè)革命、第二次工業(yè)革命，再到當(dāng)前的信息時(shí)代，人類社會(huì)每次進(jìn)步的背后都活躍著物理學(xué)的身影，在日常生活中，處處可見物理學(xué)的應(yīng)用，切菜時(shí)利用了“力一定的情況下，接觸面越小，壓強(qiáng)越大”的原理，車輛啟動(dòng)中利用火花塞點(diǎn)火，利用電流的熱效應(yīng)來(lái)制作電路保險(xiǎn)絲，打電話過(guò)程中涉及到以電磁學(xué)為基礎(chǔ)的通信技術(shù)，這些都是物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用，因此在人們的衣食住行各個(gè)領(lǐng)域無(wú)不折射出物理學(xué)的強(qiáng)大推動(dòng)力，研究物理學(xué)在生活中的應(yīng)用情況具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、物理學(xué)與生活的關(guān)系

（一）物理學(xué)學(xué)科特點(diǎn)

物理學(xué)是一門自然學(xué)科，研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及所使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方法的自然科學(xué)，簡(jiǎn)而言之，物理學(xué)對(duì)客觀世界的客觀規(guī)律做出了準(zhǔn)確又有簡(jiǎn)潔的揭示。因此物理學(xué)相比于其他學(xué)科，具有真理性、統(tǒng)一性、簡(jiǎn)潔性等顯著特點(diǎn)。

（二）物理學(xué)與生活的關(guān)系

物理學(xué)與生活是緊密相關(guān)的，生活中我們衣食住行方方面面都體現(xiàn)著物理學(xué)的規(guī)律，物理學(xué)也滲透到了生活的各個(gè)領(lǐng)域，而且人們利用物理學(xué)知識(shí)不斷的改善我們的生活，可以說(shuō)在人類生活質(zhì)量提高的過(guò)程中，物理學(xué)扮演了非常重要的角色，同時(shí)生活中人們對(duì)于物質(zhì)生活水平的要求又反向作用于物理學(xué)科，倒逼物理學(xué)科不斷前進(jìn)，因此物理學(xué)與生活二者互相滲透，互相影響。

二、物理學(xué)在生活中的運(yùn)用

（一）電磁學(xué)原理的應(yīng)用案例

1.電磁爐

電磁爐作為一種快速、安全、無(wú)輻射、不需要明火的烹飪器具，備受人們的青睞，使用程度也越來(lái)越高，電磁爐的工作原理就涉及到了物理學(xué)中的渦流效應(yīng)、能量轉(zhuǎn)換、電流的磁效應(yīng)、法拉第電磁感應(yīng)定律等相關(guān)物理學(xué)知識(shí)。

電磁爐在電子線板中設(shè)置交變磁場(chǎng)，在線圈中通入交變電流，通過(guò)電流的磁效應(yīng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)應(yīng)力通過(guò)金屬鍋體，在鍋底產(chǎn)生非常多小渦流，渦流會(huì)使得鍋具底部金屬材料內(nèi)部的自由電子呈渦流狀運(yùn)動(dòng)，使得鍋具自熱，進(jìn)而用來(lái)加熱和烹飪事物。下圖即電磁爐的工作原理示意圖。

2.紅外線遙控器

紅外線遙控器在我們的生活中隨處可見，空調(diào)、電視機(jī)等都涉及到紅外線遙控器，紅外線遙控的工作原理就涉及到很多電磁學(xué)的相關(guān)物理知識(shí)。

紅外線遙控器的發(fā)射裝置是紅外線發(fā)光二極管，按鍵信息通過(guò)紅外線傳遞給接收端設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備開關(guān)等控制。紅外線遙控器從組成結(jié)構(gòu)上講包括：紅外線接收電路、發(fā)射電路、處理器、調(diào)制電路、存儲(chǔ)器、狀態(tài)指示等組成，紅外線控制器包括學(xué)習(xí)、控制兩個(gè)狀態(tài)。

學(xué)習(xí)狀態(tài)顧名思義就是控制器需要“學(xué)習(xí)訓(xùn)練”，了解每一個(gè)鍵的控制功能，用戶按鍵發(fā)射紅外信號(hào)后，接收電路運(yùn)行，通過(guò)監(jiān)測(cè)、放大、濾波、解調(diào)等一系列電路處理輸出基帶信號(hào)，目前主流的遙控器都采用紅外通信的一體化接收頭HS0038B，上述功能環(huán)節(jié)都集成到一起，處理器定期采樣，將采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)單元是指定的，以便以后對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。

控制狀態(tài)就是對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，當(dāng)接收到控制信號(hào)后，處理器直接調(diào)取在學(xué)習(xí)狀態(tài)下存儲(chǔ)的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制；

需要注意的是生活中的紅外線光源很多，容易產(chǎn)生信號(hào)干擾，因此在發(fā)射信號(hào)時(shí)，需要進(jìn)行調(diào)制，將有用的信號(hào)與噪音信號(hào)區(qū)分開來(lái)，例如將紅外線以特定頻率閃爍，令接收器適配頻率即可。

（二）熱力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用——空調(diào)技術(shù)

在日常生活中，熱力學(xué)的知識(shí)的應(yīng)用情況也極為普遍，熱力學(xué)的幾大定律為了我們的生產(chǎn)生活奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，空調(diào)、冰箱、熱管等技術(shù)日趨成熟，其中空調(diào)技術(shù)就是其中的應(yīng)用典范。

家庭式空調(diào)主要構(gòu)成原件包括：壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器與節(jié)流裝置等。空調(diào)中實(shí)現(xiàn)制熱或者制冷的關(guān)鍵物質(zhì)是制冷劑，制冷劑在空調(diào)中存在氣體狀態(tài)、液體狀態(tài)或者氣液混合物狀態(tài)，結(jié)合物理學(xué)的熱力學(xué)相關(guān)知識(shí)，制冷劑在狀態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)吸收或者散發(fā)熱量，進(jìn)而改變環(huán)境溫度。節(jié)流裝置可以實(shí)現(xiàn)降溫減壓的作用，其工作原理采用了工程流體力學(xué)中伯努利方程，制冷劑流經(jīng)閥門時(shí)，流動(dòng)截面突然收縮，流體流速加快，壓力下降。

在夏季制冷過(guò)程中，壓縮機(jī)吸入低壓氣態(tài)制冷劑，并對(duì)其進(jìn)行壓縮，制冷劑的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為高壓高溫的氣態(tài)，上述氣體流入室外冷凝器，在室外散熱（這也是空調(diào)外機(jī)處非常熱的原因）過(guò)程中冷凝成高壓液體， 經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置的降溫減壓后變成低溫低壓的氣液混合物，此時(shí)該氣體進(jìn)入室內(nèi)蒸發(fā)器，根據(jù)熱力學(xué)熱力學(xué)第二定律，室內(nèi)空氣溫度較高，熱量由室內(nèi)高溫氣體自發(fā)流向制冷劑，制冷劑吸收熱量之后氣化升華，室內(nèi)溫度下降，制冷劑轉(zhuǎn)化為低壓氣體重新進(jìn)入壓縮機(jī)，形成了一個(gè)工作循環(huán)，完成制冷效果。

冬季制冷的工作原理與夏季制冷類似，區(qū)別在于制熱增加了電熱元件，以此來(lái)補(bǔ)充制熱時(shí)能量不足的缺點(diǎn)。

（三）相對(duì)論知識(shí)在生活中的應(yīng)用——GPS修正

相對(duì)論作為著名物理學(xué)家愛因斯坦的偉大發(fā)現(xiàn)，從根本上改變了人們的時(shí)空觀，將人們從牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀中扭轉(zhuǎn)到相對(duì)時(shí)間、相對(duì)空間以及絕對(duì)時(shí)空四維連續(xù)體中，重塑了人們對(duì)于時(shí)空觀的理解，也正因如此相對(duì)論一直被人們認(rèn)為是高精尖的理論，所運(yùn)用的環(huán)境都是微觀世界、宇觀世界，物質(zhì)處在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，人們認(rèn)為相對(duì)論離普通人生活很遙遠(yuǎn)，但是實(shí)際情況并非如此，相對(duì)論在某些方面非常貼近我們的生活，例如全球定位系統(tǒng)（GPS）。

當(dāng)前人們的出行過(guò)程越來(lái)越離不開導(dǎo)航，那么導(dǎo)航涉及到全球定位系統(tǒng)，全球定位系統(tǒng)在使用過(guò)程中存在誤差，因此需要及時(shí)進(jìn)行修正，修正原理、參數(shù)計(jì)算都是基于相對(duì)論原理的。

根據(jù)愛因斯坦狹義相對(duì)論，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中質(zhì)量會(huì)隨著速度增大而增大，時(shí)間會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加而變慢（也就是常說(shuō)的鐘慢效應(yīng)），在低速運(yùn)行中，這種差異可以忽略不計(jì)，但是對(duì)于GPS衛(wèi)星，每秒運(yùn)行速度在1.4萬(wàn)千米以上（光速C=299792458米/秒），在這種情況下鐘慢效應(yīng)不能忽視，根據(jù)愛因斯坦鐘慢效應(yīng)的轉(zhuǎn)換公式，GPS的星載原子鐘每天要比地球上的時(shí)鐘慢7微秒。

根據(jù)愛因斯坦廣義相對(duì)論，引力場(chǎng)會(huì)影響時(shí)間和距離的測(cè)量，衛(wèi)星處在離地面大約20000km的外太空，衛(wèi)星上的星載時(shí)鐘每天要快 45 微秒。

因此綜合相對(duì)論效應(yīng)，衛(wèi)星上的星載時(shí)鐘每天要快38微秒，受此影響，全球地位系統(tǒng)每天將會(huì)累計(jì)10km的定位誤差，嚴(yán)重影響導(dǎo)航精確度，因此在進(jìn)行導(dǎo)航計(jì)算及導(dǎo)航衛(wèi)星管理中，需要將這38微秒的修正計(jì)算在內(nèi)，所以說(shuō)即便是相對(duì)論這樣看似很高深的理論在我們的生活中也有著非常廣泛的應(yīng)用。

三、結(jié)語(yǔ)

物理學(xué)在生活中的應(yīng)用案例不勝枚舉，凸顯了物理學(xué)原理對(duì)現(xiàn)代生活的重要意義，正是由于物理學(xué)的存在，人們對(duì)于客觀世界的認(rèn)識(shí)更加深刻，通過(guò)探究自然現(xiàn)象背后的客觀定理，人類社會(huì)才不斷進(jìn)步，因此研究物理學(xué)理論知識(shí)具有非常重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，物理學(xué)理論的不斷創(chuàng)新發(fā)展，將指導(dǎo)人類社會(huì)向著更高文明發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張燁.電磁爐工作原理與使用維修探析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，（16）：110.

[2]趙高峰，王保才，蔣俊華，等.物理學(xué)在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，（12）：183-184.

[3]王鳳娟.淺談物理學(xué)知識(shí)在生活的應(yīng)用[J].大眾文藝（理論），2009，（22）：207.

（作者單位：淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué)）