高中物理知识在生活中的应用

孟婷蕊

（河南省实验中学，郑州 450002）

以往我们在高中物理学习时主要侧重于基础理论知识的掌握，却忽略了培养对物理本身的热爱以及对物理知识学以致用的能力。物理学科是一门对既定规律的追根溯源和加以应用，以带给人类更大便利的学科，它的形成是人们对于生活中各种现象的总结与研究的结果。因此，为更加深入的学习物理知识，则需要在掌握基础理论知识的同时，使自己对物理学科有更深入的认识，以了解这门学科的实用价值，并尝试用已学的知识理解物理规律在生活中应用的原理，最终达到对个人物理知识体系的完善与应用能力的提高。

1 高中物理中的热力学知识应用

在古代，人们就已经成功的应用到了热力学的相关知识，其中以热胀冷缩的应用最为普遍，这里通过东汉石门隧道、热气球两个方面的应用加以分析。在山川之间开凿隧道是一项复杂、艰难的工程，由于缺乏有效的工具，古代开凿隧道存在巨大的难度。但是，早在东汉永平年间，古人就利用自身的智慧开凿出了石门隧道，其中使用了“火烧水激”的方法，其原理与热力学中的“热胀冷缩”相一致，通过高温对岩石的烘烤，使其与岩石整体之间呈现出温度上的巨大差异，在岩石达到一定温度之后，迅速泼水降温，使高温岩石表面温度急剧降低，在“热胀冷缩”的作用下，岩石结构发生崩裂，降低了在岩石上开凿隧道的难度，成功解决了早期岩石隧道的施工难题。

热气球也是热力学知识在生活中应用的又一经典案例，与其它传统航空器不同，热气球是利用了空间范围内温度升高导致空气膨胀，空气密度相对于外部空气密度降低，所产生的浮力使热气球与其搭载的东西能够脱离地面，并借助动力推动装置向固定的方向飞行。热气球的浮力大小与球体内空气温度、球体体积直接相关，为使热气球升到更高的位置，可以通过加大喷灯供气、供油量的方式实现，也可以减轻吊舱载荷来达到相同的目的。热气球的出现使人们第一次能够通过飞行器进行远距离的旅行，为人类进一步探索天空奠定了基础。

无论是石门隧道，还是热气球，都属于高中物理热力学知识在生活中的实际应用，除此以外还有高压锅排气阀等都属于热力学的范畴，善于发现生活中热力学知识的应用，能够有效提高自身对热力学相关知识的理解。

2 生活中的光学知识应用

作为高中物理知识体系中的主要内容之一，光学知识在现实生活中的应用主要体现在建筑节能、医学、军事等多个方面。

2.1 建筑节能方面的光学知识应用

随着人们环境保护意识的提高，关于节能方面的技术研究越来越多，其中以现代建筑节能设计中的光学知识应用较为典型。以大型商场为例，以往商场的建筑设计缺乏节能方面的考虑，以至于在室内照明方面大量依靠电能，这不仅增加了商场的成本支出，也在某种程度上浪费了大量的电能。为此，现代建筑技术的不断发展，为这一问题的解决提供了新的思路，设计出一款太阳能光纤照明系统，该系统包括太阳随动跟踪器、集光器、光纤传导设备、反射终端组成。其中，太阳随动跟踪器可以根据太阳具体位置选择最佳的阳光收集角度，集光器可以用来调整阳光接受强度，光纤传导设备依托光纤对光传导过程中的低损耗优势将阳光传递至各个反射终端，根据实际需要，反射终端可以对光照强度进行调整。除太阳能光纤照明系统以外，研究人员还设计出了反射镜一次反射法、导光管法等，并已经在不同建筑领域得到了广泛应用。

2.2 医学领域中的光学知识

光学知识的应用范围除建筑领域以外，在医疗领域的应用案例也是数不胜数，以我们日常检查过程中遇到的B超来说，它利用的就是超声波反射原理。在实际使用过程中，探头以垂直方向通过人体表面向体内射出超声波，超声波在人体内各组织间进行传播，当遇到组织分界面，或者是组织内表面非均匀处时则会产生回波，探头接收到相关位置回波之后，会根据回波特性对其进行定位与分析，进而进行B超呈现。这与我们学过的机械波的知识也有一定的相通之处。相比较X光检查来说，B超的构图方式为纵切面式，与X光的纵向投影之间存在较大差别，因此，B超主要用于组织切面上的病变检查。

2.3 光学知识在军事领域的应用研究

在军事领域，高中物理知识中的光学部分起到了极为重要的作用，如激光制导、地形勘探、伪装侦查等，都使用到了光学相关知识。以激光制导为例，由于早期武器定位系统存在较大误差，以至于在实际使用过程中无法对目标进行精确打击。针对这一实际情况，研究人员提出以激光为引导的激光制导武器，该武器利用地面激光束的引导，由于激光在生活中并不常用，且激光在传输过程中保持较高的一致性，只有在目标表面才会发生漫反射，此时，激光制导武器会根据目标物上所反射出来的激光信号调整其飞行姿态，以确保能够击中目。

2.4 光污染的成因与防治

在如今的城市中，光污染对人们的生活造成了越来越大的影响。建筑大楼的玻璃幕墙以及各种涂料在明亮阳光的照射下产生的反射光，不仅让行人感到刺目，还会造成司机的视觉干扰导致车祸等后果，这些反射光射入室内，还会影响居民生活。对于这些问题，可以在城市规划和建筑设计时，利用光的折射反射等原理，对玻璃幕墙等进行特殊造型设计，减少反射的太阳光射向大街和居民楼内，也可以使用新型的亚光外墙建筑材料进行防治。同样常见的还有汽车的远光氙气车灯造成的眩光污染，这种灯灯光刺目，亮度极高，对交通安全造成极大威胁。对于这一问题，目前有效的解决方法是利用偏振原理，当相向而行的两车都使用45度角的偏振片前挡风玻璃和车灯透镜时，射入人眼的光就会大大减少，从而起到防止刺目的效果。

光污染并不是单纯的某一方面的防治，它还有许多未解决的问题，而即使是一些简单的物理基础知识，由上观之，灵活应用后也可以解决一些问题。

3 电磁学相关知识在生活中的应用

高中物理知识中的电磁学知识在生活中的应用可谓是随处可见，电磁炉、轨道裂隙检测等都用到了电磁学相关的知识，下面以电磁炉与轨道裂隙检测为例讲解相关电磁学知识的应用。

3.1 电磁炉的加热原理

与传统加热方式不同，电磁炉的加热不存在明火，在电磁炉的表面是一层高耐热的陶瓷板，陶瓷板下方的多级线圈与电源相连接，在通电的情况下，线圈内的电流会产生强大的电磁场，当铁质或合金钢炊具放置在电磁炉上时，由于电磁感应的存在，将会在炊具内部形成涡流，进而产生涡流热效应，电磁炉的加热过程也就完成。

然而，以电磁感应为发热原理的电磁炉在使用过程中也存在一些问题，其中最为明显的就是接近陶瓷面板位置的温度最高，炊具其它位置的温度升高并不明显，主要依靠炊具自身导热。这是由于磁场的不可约束性导致，即便通过增加铁芯等方式使磁通量增加，也并不能够解决电磁炉普遍存在的加热不均匀问题。

3.2 轨道裂隙检测

无论任何一种轨道交通方式，都无一例外的存在金属疲劳特性，在长时间的高强度工作状态下，地铁、高铁、有轨电车等交通工具的轨道都会出现不同水平的裂隙，如不及时发现，极易导致重大交通事故，威胁人们的生命财产安全。针对这一情况，研究人员设计了一种高速轨道裂隙检测工具，其中就用到了高中物理中电磁学的相关知识。

电磁波在空气中的传播速度与光速相同，为299792458米每秒，约等于3×108m/s，研究人员根据雷达原理，将一部双工雷达安装在轨道检测车上，向轨道上持续发射电磁波，并接收轨道反射回来的电磁波。该轨道检测车可以根据反射回来的电磁波的相位特征进行轨道状态图谱绘制，从而确认所测量轨道是否存在裂隙。

然而，这里需要注意的是，基于电磁波的轨道裂隙检测装置对空间电磁环境的纯净度要求较高，因此，为提高轨道裂隙检测的精度，应当慎重选择电磁波的频率，从而避免外界电磁干扰的影响。

4 结束语

高中物理知识在生活中的应用并不仅仅局限于以上三个方面，物理学科的实用性和适用性可见一斑。因此，我们应当努力学习物理基础知识，并结合生活中的应用实践加深对物理知识的理解，提高自身对物理知识学习的兴趣，在促进个人物理基础知识体系不断完善的同时，提升自身理论实践能力。