高中物理知識在生活中的應用

孟婷蕊

（河南省實驗中學，鄭州 450002）

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

1 高中物理中的熱力學知識應用

在古代，人們就已經成功的應用到了熱力學的相關知識，其中以熱脹冷縮的應用最為普遍，這里通過東漢石門隧道、熱氣球兩個方面的應用加以分析。在山川之間開鑿隧道是一項復雜、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，巖石結構發生崩裂，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。

熱氣球也是熱力學知識在生活中應用的又一經典案例，與其它傳統航空器不同，熱氣球是利用了空間范圍內溫度升高導致空氣膨脹，空氣密度相對于外部空氣密度降低，所產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空氣溫度、球體體積直接相關，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，也可以減輕吊艙載荷來達到相同的目的。熱氣球的出現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。

無論是石門隧道，還是熱氣球，都屬于高中物理熱力學知識在生活中的實際應用，除此以外還有高壓鍋排氣閥等都屬于熱力學的范疇，善于發現生活中熱力學知識的應用，能夠有效提高自身對熱力學相關知識的理解。

2 生活中的光學知識應用

作為高中物理知識體系中的主要內容之一，光學知識在現實生活中的應用主要體現在建筑節能、醫學、軍事等多個方面。

2.1 建筑節能方面的光學知識應用

隨著人們環境保護意識的提高，關于節能方面的技術研究越來越多，其中以現代建筑節能設計中的光學知識應用較為典型。以大型商場為例，以往商場的建筑設計缺乏節能方面的考慮，以至于在室內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，現代建筑技術的不斷發展，為這一問題的解決提供了新的思路，設計出一款太陽能光纖照明系統，該系統包括太陽隨動跟蹤器、集光器、光纖傳導設備、反射終端組成。其中，太陽隨動跟蹤器可以根據太陽具體位置選擇最佳的陽光收集角度，集光器可以用來調整陽光接受強度，光纖傳導設備依托光纖對光傳導過程中的低損耗優勢將陽光傳遞至各個反射終端，根據實際需要，反射終端可以對光照強度進行調整。除太陽能光纖照明系統以外，研究人員還設計出了反射鏡一次反射法、導光管法等，并已經在不同建筑領域得到了廣泛應用。

2.2 醫學領域中的光學知識

光學知識的應用范圍除建筑領域以外，在醫療領域的應用案例也是數不勝數，以我們日常檢查過程中遇到的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射出超聲波，超聲波在人體內各組織間進行傳播，當遇到組織分界面，或者是組織內表面非均勻處時則會產生回波，探頭接收到相關位置回波之后，會根據回波特性對其進行定位與分析，進而進行B超呈現。這與我們學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 光學知識在軍事領域的應用研究

在軍事領域，高中物理知識中的光學部分起到了極為重要的作用，如激光制導、地形勘探、偽裝偵查等，都使用到了光學相關知識。以激光制導為例，由于早期武器定位系統存在較大誤差，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的激光制導武器，該武器利用地面激光束的引導，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生漫反射，此時，激光制導武器會根據目標物上所反射出來的激光信號調整其飛行姿態，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致車禍等后果，這些反射光射入室內，還會影響居民生活。對于這些問題，可以在城市規劃和建筑設計時，利用光的折射反射等原理，對玻璃幕墻等進行特殊造型設計，減少反射的太陽光射向大街和居民樓內，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，當相向而行的兩車都使用45度角的偏振片前擋風玻璃和車燈透鏡時，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知識，由上觀之，靈活應用后也可以解決一些問題。

3 電磁學相關知識在生活中的應用

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

3.1 電磁爐的加熱原理

與傳統加熱方式不同，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，線圈內的電流會產生強大的電磁場，當鐵質或合金鋼炊具放置在電磁爐上時，由于電磁感應的存在，將會在炊具內部形成渦流，進而產生渦流熱效應，電磁爐的加熱過程也就完成。

然而，以電磁感應為發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熱。這是由于磁場的不可約束性導致，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下，地鐵、高鐵、有軌電車等交通工具的軌道都會出現不同水平的裂隙，如不及時發現，極易導致重大交通事故，威脅人們的生命財產安全。針對這一情況，研究人員設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的相關知識。

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，向軌道上持續發射電磁波，并接收軌道反射回來的電磁波。該軌道檢測車可以根據反射回來的電磁波的相位特征進行軌道狀態圖譜繪制，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境的純凈度要求較高，因此，為提高軌道裂隙檢測的精度，應當慎重選擇電磁波的頻率，從而避免外界電磁干擾的影響。

4 結束語

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