高中物理電磁學(xué)知識(shí)在生活中的應(yīng)用分析

摘 要：隨著新課程改革的深入，對(duì)教學(xué)提出了更高的要求，強(qiáng)調(diào)要從培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣入手，不斷提高運(yùn)用知識(shí)解決生活實(shí)際問題的能力，不斷提高相關(guān)知識(shí)在生活中的實(shí)際應(yīng)用.因此，筆者將在本文中從介紹物理電磁學(xué)在高中的相關(guān)概況入手，討論電磁學(xué)在我們生活中的實(shí)際應(yīng)用，供相關(guān)研究者參考.

關(guān)鍵詞：高中物理；電磁學(xué)；生活化

中圖分類號(hào)： G 632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）12-0056-03

收稿日期：2023-01-25

作者簡(jiǎn)介：刁正（1983-），男，江蘇省灌南人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.

高中物理學(xué)習(xí)需要學(xué)生有一定的思維邏輯，不斷提高抽象理論知識(shí)具體化、物化的能力，在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)時(shí)，要充分理論聯(lián)系實(shí)際，為了加深我們對(duì)物理知識(shí)的理解，電磁學(xué)作為高中物理課程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在電氣工程和無線電電子學(xué)領(lǐng)域有著重要的理論基礎(chǔ)，與生產(chǎn)和日常生活息息相關(guān)，所以基于電磁學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，我們必須學(xué)會(huì)使用電磁學(xué).

1 電磁學(xué)的相關(guān)概述

1.1 電磁學(xué)概念

如今的電磁學(xué)已經(jīng)從電學(xué)和磁學(xué)這兩門原本獨(dú)立的學(xué)科逐漸融合為物理學(xué)的一個(gè)重要分支，主要內(nèi)容包括電荷和電流產(chǎn)生的電場(chǎng)以及磁場(chǎng)定律.

1.2 電磁感應(yīng)和電路

在電磁學(xué)中，電和磁經(jīng)常相互作用.發(fā)生電磁感應(yīng)的電路，如果與電容器相連，則可以對(duì)其進(jìn)行充能；如果連接到電阻等電器上，就可以向電器提取能量并形成電流.由此得出，電磁感應(yīng)和電路之間有著密切的關(guān)系.

1.3 研究意義

現(xiàn)在，電磁已廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中，如各種電器的使用.一方面改善了我們的生活條件，提高了我們的生活水平；另一方面使我們的工作更加便捷.將電磁學(xué)與信息技術(shù)的結(jié)合更是最大程度上促進(jìn)了中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.

2 高中物理電磁學(xué)在生活中的實(shí)際運(yùn)用

2.1 電磁感應(yīng)原理在變壓器中的應(yīng)用

日常生活中使用的交流電壓大多為220 V/50Hz .然而，由于實(shí)際能源需求的不同，在某些場(chǎng)合需要調(diào)節(jié)交流電壓，這就需要高中物理的電磁感應(yīng)原理，交流電壓調(diào)節(jié)需要互感線圈和鐵芯，鐵芯的作用是確保線圈中的最大磁流量，從而提高加工效率，減少使用的線圈數(shù)量.

如圖1所示，U1端為電壓輸入端，U2端為電壓輸出端，交流電產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)在鐵芯的引導(dǎo)下經(jīng)過感應(yīng)線圈形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).

變壓器可以實(shí)現(xiàn)交流電壓的增減，因此變壓器在生活中有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用.此外，根據(jù)變壓器線圈之間的電磁感應(yīng)原理，可以發(fā)現(xiàn)感應(yīng)線圈具有制動(dòng)電流和電力快速變化的能力.通過添加線圈可以實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，這就是我們經(jīng)常遇到的電感器.

2.2 電磁感應(yīng)原理在磁懸浮列車中的應(yīng)用懸浮磁浮列車在軌道上運(yùn)行的基本原理是“同性相斥，異性相吸”的電磁原理.磁鐵和重力的對(duì)抗可以使列車停在軌道上，然后借助直線發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)列車前進(jìn).從磁浮列車的具體應(yīng)用到高中物理電磁學(xué)知識(shí)，基于磁鐵性排斥原理的磁懸浮列車，電磁運(yùn)行系統(tǒng)與車輛中的超導(dǎo)電磁系統(tǒng)之間存在一定的關(guān)系.磁浮列車的超導(dǎo)電磁鐵與軌道線圈形成的磁場(chǎng)之間可能產(chǎn)生排斥力，磁鐵安裝在磁浮列車車體底部和兩側(cè)反向轉(zhuǎn)向的頂部.該轉(zhuǎn)向列車的形狀為T形.反應(yīng)板和感應(yīng)鋼板安裝在軌道上方和延伸臂下方.電磁電流的作用是將車體與列車行駛的距離保持在10～15 mm 范圍內(nèi).列車在軌道引導(dǎo)面上運(yùn)行，以保持驅(qū)動(dòng)鋼板的吸引力與車體自身重力之間的平衡.空氣阻力是磁浮列車運(yùn)行過程中的主要阻力，磁浮列車的速度高于普通列車{2}.

2.3 電磁感應(yīng)原理在地球磁場(chǎng)中的應(yīng)用

眾所周知，地球上有一個(gè)非常大的磁場(chǎng)，人類賴以生存，可以簡(jiǎn)單地稱為“地磁”.

從宏觀的角度來看我們可以簡(jiǎn)單地理解為在地核中放置一條形磁鐵，而南部的地理極點(diǎn)就是電磁的“北極”.研究表明，兩者之間存在固定的偏轉(zhuǎn)角度.科學(xué)家對(duì)這一現(xiàn)象提出了許多假設(shè)，但到目前為止還沒有完全的結(jié)論.地球磁場(chǎng)對(duì)人類、動(dòng)植物和自然環(huán)境有著非常重要的影響，首先，生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，地磁實(shí)際上可以提高細(xì)胞膜的通透性，并對(duì)生活節(jié)奏快、呼吸心率有問題的人類產(chǎn)生影響.此外，通過地磁場(chǎng)的作用，可以促進(jìn)骨細(xì)胞開放通道，從而增加鈣離子濃度，

促進(jìn)骨生長(zhǎng).其次，地磁是地球上所有生命的保護(hù)傘，沒有它所有生物都將直接暴露于宇宙空間，承受大量有害射線，一些生命將被消滅.此外，太陽活動(dòng)相對(duì)頻繁，它們產(chǎn)生的高能粒子將對(duì)生物體和基于磁電的各種生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生重大影響，比如指南針就是根據(jù)地球磁場(chǎng)的作用而發(fā)明的，它廣泛應(yīng)用于航海中，即使在 GPS 定位技術(shù)更加成熟的今天，它仍然占有一席之地.

2.4 電磁感應(yīng)原理在無線充電技術(shù)中的應(yīng)用

無線充電技術(shù)是指應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，在電源和設(shè)備之間建立感應(yīng)磁場(chǎng)，從而在充電結(jié)束時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電力，達(dá)到充電目的.無線充電技術(shù)可以取消電源與充電設(shè)備之間的電纜連接，大大方便了設(shè)備的使用.隨著無線充電技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等小型智能設(shè)備中，而大型電動(dòng)汽車也可以使用無線充電技術(shù).隨著無線充電距離的不斷增加，無線充電的基本原理主要由兩部分組成，一部分是電磁感應(yīng)，另一部分是感應(yīng)電機(jī)力.當(dāng)連續(xù)電流傳輸?shù)侥芰總鬏斁€圈時(shí)，能量傳輸線圈和接收線圈中將產(chǎn)生磁場(chǎng).在接收結(jié)束時(shí)，磁場(chǎng)切割場(chǎng)通過閉合電路在磁場(chǎng)中移動(dòng)，以產(chǎn)生感應(yīng)電力.感應(yīng)電力將電子推入閉合電路以形成電流.根據(jù)這一原理，當(dāng)能量傳輸線圈的磁場(chǎng)持續(xù)變化時(shí)，能量傳輸線圈和接收線圈之間的磁場(chǎng)將發(fā)生變化，確定接收線圈中電流的連續(xù)變化，從而改變接收電路的電流，提供不同功率的電勢(shì)，然后將這部分電流整合為直流電，對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電，見圖2.

2.5 高中物理電磁學(xué)在漏電保護(hù)器中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在人們的日常生活中往往會(huì)應(yīng)用到多種電器設(shè)備，而且電器設(shè)備的種類、數(shù)量的增加往往會(huì)增加用電負(fù)荷，電器設(shè)備的電路設(shè)計(jì)也更為復(fù)雜，使得電器設(shè)備在給人們帶來極大的便利的同時(shí)，用電安全隱患也被越來越多的人所認(rèn)識(shí)到，各種用電安全事故頻發(fā)，導(dǎo)致用電安全已經(jīng)發(fā)展成現(xiàn)代人們最關(guān)注的安全問題之一.為了有效避免或減少因漏電問題而引發(fā)的用電安全事故，最大限度地保證個(gè)人以及企業(yè)生產(chǎn)用電安全，通常會(huì)采用電磁感應(yīng)保護(hù)器，通過電磁感應(yīng)保護(hù)器的應(yīng)用，能夠有效避免因電流突然增大而造成的危險(xiǎn).漏電保護(hù)器的工作原理是當(dāng)檢測(cè)到電路中電流急劇增大時(shí)，電磁鐵的磁性也會(huì)隨之增加，通過磁性使得銜鐵被吸附并與脫扣器的彈性開關(guān)脫離，進(jìn)而起到對(duì)整個(gè)電路的保護(hù)作用.為了增加電路安全性能，在發(fā)生漏電保護(hù)的情況后，往往需要通過人工參與調(diào)整才能恢復(fù)正常供電.將電磁學(xué)應(yīng)用于漏電保護(hù)器中能夠明顯提高供電質(zhì)量，而且此種漏電保護(hù)器與熔斷時(shí)漏電保護(hù)器相比更加安全，因?yàn)殡姶艑W(xué)漏電保護(hù)器能夠敏銳地察覺電流變化情況，并能夠及時(shí)采取斷電措施，具有更高的安全性能.

2.6 高中物理電磁學(xué)在電視顯像管中的應(yīng)用傳統(tǒng)的電視機(jī)顯示屏畫面的產(chǎn)生主要是通過顯像管來控制電子飛行路徑的，而控制電子路徑的過程所使用的就是高中物理電磁學(xué)知識(shí).在其工作過程中，由燈絲產(chǎn)生高壓，并向顯像管發(fā)射電子，這些電子經(jīng)過多級(jí)加速后，使其能夠維持恒定的速度，與此同時(shí)，通過垂直偏轉(zhuǎn)線圈與水平偏轉(zhuǎn)線圈來控制電子的垂直或水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài).在設(shè)計(jì)過程中，線圈與屏幕的距離是固定不變的，通過將線圈到屏幕的距離值與其他數(shù)值進(jìn)行計(jì)算便可以得出相關(guān)的參數(shù)，例如加速級(jí)電壓、偏轉(zhuǎn)線圈電壓等.而在觀看電視過程中，難免會(huì)出現(xiàn)電視畫面發(fā)生偏移的情況，解決此種問題的方式通常是調(diào)節(jié)電視機(jī)旋鈕，通過旋鈕控制畫面的移動(dòng)方向，實(shí)際上，這個(gè)過程的原理就是通過調(diào)整電位器的阻值來變更垂直或水平偏移線圈的電壓，進(jìn)而對(duì)電視畫面進(jìn)行調(diào)整.

2.7 高中物理電磁學(xué)在電磁爐中的應(yīng)用

電磁爐是使用最為廣泛的廚房用品之一，具有使用便捷、加熱速度快等優(yōu)勢(shì)，而且電磁爐加熱方式較其他加熱方式更為安全.電磁爐的底部通常由多道渦流線圈組成，在接通電源后，對(duì)其頻率進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)便可以在線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)是進(jìn)行不斷交替變化的，而當(dāng)電磁爐表面放置鐵質(zhì)廚具時(shí)，就會(huì)形成較大的渦流，也就是因電磁感應(yīng)加熱原理而產(chǎn)生熱量.在電磁爐使用過程中，往往需要不同的加熱效果，這就可以調(diào)整渦流線圈中的電流強(qiáng)度以及其變化頻率.電磁爐加熱方式不僅安全性能較高，而且更加節(jié)能環(huán)保.而在電磁爐使用過程中，為了保證安全性能，也有相應(yīng)的注意事項(xiàng).首先便是要保證電源線能夠滿足使用需求，而且為了保證安全，盡量安裝保險(xiǎn)盒，保險(xiǎn)盒能夠有效避免因電磁爐功率過大而發(fā)生安全事故；其次，與電磁爐配合使用的鍋具需要符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而且需要保證鍋具置于電磁爐中心位置；最后，需要保證電磁爐放置位置的平整度，避免因傾斜而發(fā)生安全事故.

2.8 高中物理電磁學(xué)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)階段，醫(yī)療領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)通過核磁共振來輔助診療，通過核磁共振技術(shù)所產(chǎn)生的影像能夠清晰呈現(xiàn)出患者的各個(gè)器官病變情況，而且能夠精確判斷患者的患病位置.而核磁共振的應(yīng)用也是依賴于電磁學(xué)知識(shí)，通過外磁場(chǎng)的作用來促進(jìn)原子核的自旋運(yùn)動(dòng).與此同時(shí)，核磁共振還應(yīng)用于輔助醫(yī)療篩查，能夠通過短時(shí)間的掃描獲取較清晰的影像資料，并得出相應(yīng)的參數(shù)信息，便于醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者病情進(jìn)行更加準(zhǔn)確的分析，制定有效的診療方案.而且核磁共振技術(shù)是通過磁場(chǎng)成像的原理，并不包含放射性物質(zhì)，對(duì)人體通常是沒有傷害的.只是在進(jìn)行核磁共振檢查時(shí)，要求患者不能佩戴金屬等物質(zhì)的飾品，因?yàn)檫@類物品會(huì)干擾外加磁場(chǎng)，從而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性.另外，為了保證人體安全，一般如果體內(nèi)植入異物的人群以及孕婦初期都不建議進(jìn)行此項(xiàng)檢查，例如體內(nèi)含有心臟起搏器或支架的人群.

電磁學(xué)是高中物理的重要組成部分，高中物理知識(shí)與人們的現(xiàn)實(shí)生活有著密切的關(guān)系，磁懸浮列車、感應(yīng)爐、微波爐等都是高中物理知識(shí)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活的產(chǎn)物.學(xué)習(xí)電磁學(xué)的有關(guān)內(nèi)容可能會(huì)遇到許多困難，但只要我們不斷努力把知識(shí)點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合起來，把抽象的電磁學(xué)知識(shí)具體化，充分認(rèn)識(shí)電磁學(xué)在發(fā)展中的作用，我們就可以不斷提高我們的學(xué)習(xí)能力.

參考文獻(xiàn)：

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［責(zé)任編輯：李 璟］