論機械工作原理涉及的高中物理知識

馮驍宇

摘要：工業(yè)生產(chǎn)中人們采用各種各樣的機械工作代替人力，不同的機械的工作原理都不相同，然而有一點確是共通的，所有機械的工作原理都涉及到高中物理知識。高中物理學科是高中生學習生涯必須接觸的理綜科目之一，與生物化學不同，高中物理揭示了這個世界的運行規(guī)律以及指導人們?nèi)绾芜\用這些知識改造世界。高中物理知識的正確運用能夠使生產(chǎn)力水平得到提高，因此被廣泛運用到人們?nèi)粘Ｉ钆c工業(yè)生產(chǎn)中，機械工作原理涉及的高中物理知識只是一個案例。文章基于高中生視角，以多元化客觀化的視角看待問題，試論機械工作原理涉及到的高中物理知識。

關(guān)鍵詞：機械工作原理；高中物理知識；高中生視角；廣泛運用

物理學研究的深入與工業(yè)生產(chǎn)力水平的提高聯(lián)系緊密，息息相關(guān)，以前人們普遍通過手工進行工作，而這種方法費時費力，隨著經(jīng)典力學的不斷發(fā)展，第二次工業(yè)革命席卷全球，人們開始利用機械代替手工生產(chǎn)，既解放了人手，也提高了工作效率。對機械工作原理涉及到的高中知識進行探究，首先要了解機械領(lǐng)域與物理知識的緊密聯(lián)系。

一、機械領(lǐng)域與物理知識的緊密聯(lián)系

有人認為機械只有在工作時才涉及到物理知識的運用，這種觀點是以偏概全的，機械從最初的設(shè)計到工作運行到最后的維修都與高中物理知識息息相關(guān)，聯(lián)系緊密?？梢哉f，涵蓋機械設(shè)計、工作與維修的機械領(lǐng)域與物理知識是無法分割的，機械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開物理學科的發(fā)展。機械領(lǐng)域與物理知識聯(lián)系緊密的事例數(shù)不勝數(shù)，無法一一列舉，以下將按照時間順序論證機械領(lǐng)域與物理知識的緊密聯(lián)系：

1.機械生產(chǎn)的材料選擇需要滿足一定的物理參數(shù) 機械是機器與機構(gòu)的總稱，能夠代替手工，幫助人們節(jié)省人力與物力，機械并非全都是由金屬材料制成，如生活中的木質(zhì)筷子，塑料掃帚都可以被稱之為機械。由于生產(chǎn)出來的機械需要被人們長時間使用，因此對機械材料的選擇相當重要，只有運用物理知識并結(jié)合實際生活才能夠生產(chǎn)出契合的機械，在工業(yè)生產(chǎn)中長久使用。如對生產(chǎn)自行車材料的選擇，自行車作為一種代步機械，在人們生活中被廣泛運用，選擇密度高質(zhì)量大易腐蝕的鐵制作出來的自行車使用壽命短，折舊快，而選擇密度低質(zhì)量小不易腐蝕的鋁制作的自行車輕巧，密度大，不易腐蝕，能夠給人們的生活帶來較大的便利，滿足一定物理參數(shù)的器械使用壽命長并且使用價值高（1）。

2.機械的工作需要依據(jù)物理原理 任何機械的工作都要依據(jù)物理原理，如風扇在家庭生活中工作時需要依據(jù)能量守恒定律，先是將電能轉(zhuǎn)化為動能，再將動能轉(zhuǎn)化為風能，滿足人們生活所需。只有滿足物理原理的前提下機械才能正常運作，如停電時風扇沒有電能供給，電能自然就不會做功轉(zhuǎn)化為動能，進而導致動能不會做功無法產(chǎn)生風能，電燈泡在停電時沒有電能供給，無法轉(zhuǎn)化為光能，電熱水器在停電時同樣沒有電能供給，也無法產(chǎn)生電流的熱效應將水加熱。機械的工作本質(zhì)上是力的做功或能量的轉(zhuǎn)換，在不滿足這一物理原理的前提下將無法正常工作，因為能量不可能憑空產(chǎn)生，只能由一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量（2）。

3.機械的愛護與維修需要依據(jù)物理知識 不管機械使用壽命再長，都是有限的，因此在使用機械的過程中應該愛護機械，萬一機械發(fā)生了故障，也應該采用依據(jù)相關(guān)物理原理進行維修。如家用電器會出現(xiàn)因為電流過大導致實際功率過大從而使用壽命大大減少的情況，因此在家庭電路中可以裝變壓器，預防電流過高導致電器使用壽命縮短的情況，如果出現(xiàn)了壽命縮短的情況，可以通過檢測家用電器的故障來更換相應的零件。可見機械的愛護與維修與機械生產(chǎn)設(shè)計或者工作一樣都需要依據(jù)物理知識，充分證明了機械領(lǐng)域與物理知識的緊密聯(lián)系。

二、機械工作原理涉及的高中物理知識

高中物理知識中涉及到的能量守恒定律，力學物體做功，電磁感應產(chǎn)生電流，電流的熱效應等知識均在機械工業(yè)生產(chǎn)中有極為廣泛的運用，因此高中生學好物理知識將進一步了解生活中的多種現(xiàn)象。機械工作原理設(shè)計到的高中物理知識案例數(shù)不勝數(shù)，以下列舉三種作為案例以供參考：

1.發(fā)電機發(fā)電涉及的電磁感應原理

日常生活中許多機械都離不開電能的供給，而這些電能絕大多數(shù)是由交流發(fā)電機產(chǎn)生的，交流發(fā)電機中利用動能帶動轉(zhuǎn)子運動做功，轉(zhuǎn)子之間能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，在金屬垂直切割磁場時依據(jù)電磁感應原理產(chǎn)生一定大小的電流，產(chǎn)生電流是因為磁通量的變化產(chǎn)生了感應電動勢，感應電動勢在電流回路中產(chǎn)生時將形成電流。

2.家庭電路中的各種用電器涉及的能量守恒定律

在日常家庭生活中各種用電器供電后能夠穩(wěn)定的工作，但在停電時卻無法正常運行，這是因為用電器做功轉(zhuǎn)化另一種能量需要提供電能，用電器做功涉及到能量守恒定律。冰箱在沒有接電時不會制冷，因為冰箱主人沒有提供電能給冰箱，電腦在沒有接電時無法用于娛樂與學習，同樣因為電腦主人沒有提供電能給電腦，當主人提供能量給電腦或冰箱時，電能將被轉(zhuǎn)化為另一種能量，從而滿足家庭生活中的多種需求。

3.交通工具涉及的物理經(jīng)典力學原理

經(jīng)典力學中牛頓第三定律認為物體具有作用力與反作用力，交通工具出行的過程中會受到地面的摩擦力，而地面也給交通工具大小相等方向相反的反作用力，在交通工具消耗動能克服地面摩擦力后就能夠前進。當交通工具提供更多的動能時將不斷加速，這運用了牛頓第二定律認為合力方向與物體運動改變方向相同的原理。

綜上所述，機械領(lǐng)域與物理知識二者息息相關(guān)，不可分割，具有千絲萬縷的聯(lián)系，高中物理知識在機械工作中的運用相當廣泛，包括電磁感應原理，能量守恒定律，經(jīng)典力學原理等，高中生應該多運用高中物理知識分析生活現(xiàn)象，也結(jié)合物理知識學習其他領(lǐng)域的相關(guān)知識。

參考文獻

[1]劉恬毓.日常機械中物理學原理的應用分析[J].科技經(jīng)濟導刊.2017年1月

[2]陶勇.物理原理在機械制造中的應用[J].中學物理教學參考.2016年8月

（作者單位：四川省成都實驗外國語學校 610031）endprint