電動(dòng)汽車(chē)中的物理學(xué)原理探究

張孟啟

摘?要：物理學(xué)是我們所學(xué)的知識(shí)中重要的一門(mén)學(xué)科，也是與現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)的學(xué)科。物理學(xué)本身就是依靠實(shí)踐、理論探索和發(fā)現(xiàn)，才不斷地發(fā)展成為一門(mén)科學(xué)。同時(shí)，物理學(xué)結(jié)合實(shí)際生活，可以有效提高學(xué)生對(duì)于物理學(xué)習(xí)效率。本文以電動(dòng)汽車(chē)為例，介紹了電動(dòng)汽車(chē)中所用到的物理知識(shí)，例如電磁學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、功和能。學(xué)習(xí)物理學(xué)知識(shí)可以提高我們解決生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題的自主動(dòng)手和動(dòng)腦的能力，有利于解決問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)電動(dòng)汽車(chē);環(huán)保

物理學(xué)與人們的生活密切相關(guān)，生活中處處充滿了物理學(xué)的知識(shí)，充分利用物理知識(shí)能夠造福人類(lèi)的生活。例如，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)明創(chuàng)造就極大的運(yùn)用了物理學(xué)的知識(shí)。電動(dòng)汽車(chē)是指主要由電力作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量源的汽車(chē)，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)以及科技迅速提升的背景下，電動(dòng)汽車(chē)在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并且在未來(lái)存在著巨大的發(fā)展空間，物理學(xué)的理論與應(yīng)用在推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展中起著非常重要的作用。

一、電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展

電動(dòng)汽車(chē)的最初是在1834年，在融合了“電氣化”與“汽車(chē)”的基礎(chǔ)上誕生，電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)在當(dāng)時(shí)引起了人們的熱捧。但是在1930年前后，電動(dòng)汽車(chē)在蓄電能力方面的存在很大的不足，致使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)取代了電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)。但是在經(jīng)濟(jì)獲得高速發(fā)展，人民的物質(zhì)需求得到不斷地滿足后，環(huán)境問(wèn)題再一次將電動(dòng)汽車(chē)推上歷史的舞臺(tái)。世界上很多著名的汽車(chē)公司紛紛投入到電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)上，由于近年來(lái)的新材料與新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代的電動(dòng)汽車(chē)不同于幾百年前的電動(dòng)汽車(chē)，不斷地突破了在發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)時(shí)在：電磁學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、功和能這四個(gè)方面出現(xiàn)的主要問(wèn)題。就我國(guó)而言，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，2017年我國(guó)的汽車(chē)總銷(xiāo)量為25845萬(wàn)輛，但是其中僅僅有60.9萬(wàn)輛的電動(dòng)汽車(chē)與新能源汽車(chē)，在汽車(chē)總銷(xiāo)量中占據(jù)的比例僅為2.3%。隨著加強(qiáng)整治霧霾天氣政策的實(shí)施，我國(guó)將會(huì)在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)為電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展提供大幅度的政策支持。

二、電動(dòng)汽車(chē)中物理學(xué)原理的實(shí)際運(yùn)用

（一）電磁學(xué)

電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的作用原理最早是由丹麥物理學(xué)家-奧斯特發(fā)現(xiàn)的。隨著這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。它的作用原理是通過(guò)利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子從而形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，而通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向則是由電流方向與磁感應(yīng)線方向決定。

另外電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)的音響的作用原理也離不開(kāi)電磁學(xué)，我們聽(tīng)到的聲音是在通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)與永磁體之間產(chǎn)生相互作用的力，而線圈中的電流不斷變化時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的極性及磁場(chǎng)強(qiáng)弱不同的情況下，當(dāng)與永磁體發(fā)生相互作用時(shí)，線圈帶動(dòng)薄膜在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)這個(gè)振動(dòng)產(chǎn)生聲音，變成我們聽(tīng)到的歌曲。

（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)

電動(dòng)汽車(chē)是通過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而引起車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)運(yùn)行的，車(chē)輪與地面間產(chǎn)生的摩擦力，與動(dòng)力形成反作用力從而促使車(chē)輛向前運(yùn)動(dòng)行駛，在下雪時(shí)地面比較光滑因而與車(chē)輪之間的摩擦系數(shù)減小，造成前進(jìn)的時(shí)候打滑現(xiàn)象。此時(shí)剎車(chē)停車(chē)時(shí)候摩擦力減小，因而剎車(chē)需要的時(shí)間越長(zhǎng)，在相同速度條件下要比沒(méi)有積雪時(shí)剎車(chē)停車(chē)需要的距離更長(zhǎng)，因此容易導(dǎo)致安全事故。

動(dòng)量定理的公式可以表示為：Ft=M2V2-M1V1。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞或者撞到堅(jiān)硬物體時(shí)，汽車(chē)在極短時(shí)間內(nèi)從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)動(dòng)量定理，汽車(chē)受到很大的作用力。汽車(chē)碰撞前的速度越高，受到作用力越大，當(dāng)作用力超過(guò)汽車(chē)承受極限時(shí)，汽車(chē)遭到破壞并變形。電動(dòng)汽車(chē)廠家為了測(cè)試電動(dòng)車(chē)安全性能通常會(huì)進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。

（三）力學(xué)

電動(dòng)汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)沿曲線運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)汽車(chē)與乘客都需要一個(gè)沿著彎道半徑方向的向心力，其公式為F=ma=mv2/r，電動(dòng)汽車(chē)的向心力由地面與車(chē)輪間的摩擦力提供，而乘客的向心力由人與座椅間的摩擦力提供或者由安全帶提供。當(dāng)發(fā)生急轉(zhuǎn)彎時(shí)，當(dāng)半徑小于某一臨界值時(shí)，車(chē)輪與地面間的摩擦力不足以提供所需的向心力，電動(dòng)汽車(chē)就會(huì)甩出去。

電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)加速時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律：F=ma=（v2-v1）/t，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所能產(chǎn)生力越大時(shí)，汽車(chē)的加速度越快，達(dá)到快速行駛時(shí)所用的時(shí)間越短。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)勻速行駛時(shí)，汽車(chē)在前進(jìn)方向上所受的合力為零，汽車(chē)受的空氣阻力與前進(jìn)方向的摩擦力大小相同，方向相反。

電動(dòng)汽車(chē)裝有用于減振用的彈簧，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在重力作用下彈簧的變形符合胡克定律。

（四）功和能

電動(dòng)汽車(chē)在爬坡時(shí)，電池提供的能量轉(zhuǎn)化為汽車(chē)的動(dòng)能、勢(shì)能和摩擦力所做的功。而電動(dòng)汽車(chē)在下坡時(shí)，如果不提供能量，重力勢(shì)能將會(huì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和摩擦力做的功，而重力勢(shì)能也可以被充分的利用，被電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)蓄下來(lái)，作為以后的能量來(lái)源。汽車(chē)牽引力的功率為：P=Fv。電動(dòng)汽車(chē)的電能并不能全部轉(zhuǎn)化為前進(jìn)的動(dòng)能，最簡(jiǎn)單的電能會(huì)轉(zhuǎn)化為一部分的熱能或者變成摩擦力的做功。在這一過(guò)程中也要滿足能量轉(zhuǎn)換率：η=P（牽引力功率）/P（電池提供的能量）。從而轉(zhuǎn)換效率的提高也是提升電動(dòng)汽車(chē)性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。

三、結(jié)論

電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)明與創(chuàng)造，不僅能夠保護(hù)人民的生活環(huán)境，還不會(huì)降低人們的生活質(zhì)量?？傊锢碓谖覀兩钪械谋憩F(xiàn)是無(wú)法描述的，它與我們現(xiàn)實(shí)生活之間的實(shí)踐是不可分割的。深入生活，觀察生活，發(fā)現(xiàn)生活中物理科學(xué)中的應(yīng)用，不斷提高自己的應(yīng)用物理知識(shí)，運(yùn)用物理知識(shí)解決問(wèn)題的能力在現(xiàn)實(shí)生活中，提高自己的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，很快成為一個(gè)國(guó)家發(fā)展所需要的合格人才，為國(guó)家的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一切力量。

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