论机械工作原理涉及的高中物理知识

冯骁宇

摘要：工业生产中人们采用各种各样的机械工作代替人力，不同的机械的工作原理都不相同，然而有一点确是共通的，所有机械的工作原理都涉及到高中物理知识。高中物理学科是高中生学习生涯必须接触的理综科目之一，与生物化学不同，高中物理揭示了这个世界的运行规律以及指导人们如何运用这些知识改造世界。高中物理知识的正确运用能够使生产力水平得到提高，因此被广泛运用到人们日常生活与工业生产中，机械工作原理涉及的高中物理知识只是一个案例。文章基于高中生视角，以多元化客观化的视角看待问题，试论机械工作原理涉及到的高中物理知识。

关键词：机械工作原理；高中物理知识；高中生视角；广泛运用

物理学研究的深入与工业生产力水平的提高联系紧密，息息相关，以前人们普遍通过手工进行工作，而这種方法费时费力，随着经典力学的不断发展，第二次工业革命席卷全球，人们开始利用机械代替手工生产，既解放了人手，也提高了工作效率。对机械工作原理涉及到的高中知识进行探究，首先要了解机械领域与物理知识的紧密联系。

一、机械领域与物理知识的紧密联系

有人认为机械只有在工作时才涉及到物理知识的运用，这种观点是以偏概全的，机械从最初的设计到工作运行到最后的维修都与高中物理知识息息相关，联系紧密。可以说，涵盖机械设计、工作与维修的机械领域与物理知识是无法分割的，机械产业的发展离不开物理学科的发展。机械领域与物理知识联系紧密的事例数不胜数，无法一一列举，以下将按照时间顺序论证机械领域与物理知识的紧密联系：

1.机械生产的材料选择需要满足一定的物理参数 机械是机器与机构的总称，能够代替手工，帮助人们节省人力与物力，机械并非全都是由金属材料制成，如生活中的木质筷子，塑料扫帚都可以被称之为机械。由于生产出来的机械需要被人们长时间使用，因此对机械材料的选择相当重要，只有运用物理知识并结合实际生活才能够生产出契合的机械，在工业生产中长久使用。如对生产自行车材料的选择，自行车作为一种代步机械，在人们生活中被广泛运用，选择密度高质量大易腐蚀的铁制作出来的自行车使用寿命短，折旧快，而选择密度低质量小不易腐蚀的铝制作的自行车轻巧，密度大，不易腐蚀，能够给人们的生活带来较大的便利，满足一定物理参数的器械使用寿命长并且使用价值高（1）。

2.机械的工作需要依据物理原理 任何机械的工作都要依据物理原理，如风扇在家庭生活中工作时需要依据能量守恒定律，先是将电能转化为动能，再将动能转化为风能，满足人们生活所需。只有满足物理原理的前提下机械才能正常运作，如停电时风扇没有电能供给，电能自然就不会做功转化为动能，进而导致动能不会做功无法产生风能，电灯泡在停电时没有电能供给，无法转化为光能，电热水器在停电时同样没有电能供给，也无法产生电流的热效应将水加热。机械的工作本质上是力的做功或能量的转换，在不满足这一物理原理的前提下将无法正常工作，因为能量不可能凭空产生，只能由一种能量转化为另一种能量（2）。

3.机械的爱护与维修需要依据物理知识 不管机械使用寿命再长，都是有限的，因此在使用机械的过程中应该爱护机械，万一机械发生了故障，也应该采用依据相关物理原理进行维修。如家用电器会出现因为电流过大导致实际功率过大从而使用寿命大大减少的情况，因此在家庭电路中可以装变压器，预防电流过高导致电器使用寿命缩短的情况，如果出现了寿命缩短的情况，可以通过检测家用电器的故障来更换相应的零件。可见机械的爱护与维修与机械生产设计或者工作一样都需要依据物理知识，充分证明了机械领域与物理知识的紧密联系。

二、机械工作原理涉及的高中物理知识

高中物理知识中涉及到的能量守恒定律，力学物体做功，电磁感应产生电流，电流的热效应等知识均在机械工业生产中有极为广泛的运用，因此高中生学好物理知识将进一步了解生活中的多种现象。机械工作原理设计到的高中物理知识案例数不胜数，以下列举三种作为案例以供参考：

1.发电机发电涉及的电磁感应原理

日常生活中许多机械都离不开电能的供给，而这些电能绝大多数是由交流发电机产生的，交流发电机中利用动能带动转子运动做功，转子之间能够产生旋转的磁场，在金属垂直切割磁场时依据电磁感应原理产生一定大小的电流，产生电流是因为磁通量的变化产生了感应电动势，感应电动势在电流回路中产生时将形成电流。

2.家庭电路中的各种用电器涉及的能量守恒定律

在日常家庭生活中各种用电器供电后能够稳定的工作，但在停电时却无法正常运行，这是因为用电器做功转化另一种能量需要提供电能，用电器做功涉及到能量守恒定律。冰箱在没有接电时不会制冷，因为冰箱主人没有提供电能给冰箱，电脑在没有接电时无法用于娱乐与学习，同样因为电脑主人没有提供电能给电脑，当主人提供能量给电脑或冰箱时，电能将被转化为另一种能量，从而满足家庭生活中的多种需求。

3.交通工具涉及的物理经典力学原理

经典力学中牛顿第三定律认为物体具有作用力与反作用力，交通工具出行的过程中会受到地面的摩擦力，而地面也给交通工具大小相等方向相反的反作用力，在交通工具消耗动能克服地面摩擦力后就能够前进。当交通工具提供更多的动能时将不断加速，这运用了牛顿第二定律认为合力方向与物体运动改变方向相同的原理。

综上所述，机械领域与物理知识二者息息相关，不可分割，具有千丝万缕的联系，高中物理知识在机械工作中的运用相当广泛，包括电磁感应原理，能量守恒定律，经典力学原理等，高中生应该多运用高中物理知识分析生活现象，也结合物理知识学习其他领域的相关知识。

参考文献

[1]刘恬毓.日常机械中物理学原理的应用分析[J].科技经济导刊.2017年1月

[2]陶勇.物理原理在机械制造中的应用[J].中学物理教学参考.2016年8月

（作者单位：四川省成都实验外国语学校 610031）endprint