高中电学在电路发展中的应用

徐子恒

摘 要 高中物理学中的电学是初中电学的拓展，其具有一定的实用性特征。基于此，本文试分析高中电学在电路发展中的应用。分析重点集中在实际生活、实际应用发展方面，旨在通过分析强化高中物理电学知识的实用价值，并为后续电路相关工作提供一定的发展思路。

关键词 高中电学；电路发展；实际应用

中图分类号 O4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）17-0063-02

高中电学和初中电学相同，偏重于理论知识的讲解，在实际生活中，很少出现实验室理想环境，这对高中电学的实际应用有一定影响。电路的发展离不开生活实际和熟练的理论，二者的结合是电路发展的基础。本文分析高中电学在电路发展中的应用。

1 高中电学与电路发展之间的关系

高中电学是电学学习的基础性阶段之一，同时由于其理论涵盖的内容较为细致，又使该阶段学习带有了一定的实用性，充分掌握相关理论知识，在日常生活中加以利用，一方面可以使电学学习的效果得以巩固，另一方面也可以侧面推动电路的发展。客观的说，科学技术的进步往往不能单纯依赖科研人员的工作，如著名科学家爱因斯坦所说，科学就像一枚鸡蛋，已知的是蛋黄，未知的是蛋清，蛋黄越大，蛋清往往也会越大。这体现了科学研究的拓展性特征和对创新能力的要求。科研人员的思想存在一定的思维定式，而对日常生活中遇到的各类现象进行解析和创新思考，往往更能够丰富理论层面的内容，使电路发展得到基本的假设导向，并在求证中不断趋于完善。这是高中电学与电路发展之间的基本关系之一。

2 高中电学在电路发展中的部分应用

2.1 串并联原理的应用

串并联原理是物理学基本原理之一，串联是指多个用电器处于同一条电力线路上，如果某一个用电器损坏，整个线路上的用电器都会受到影响，串联模式下，线路上通过各用电器的电流是相同的；并联是指电力线路上多个用电器各自独立，一个用电器的损坏不会影响到其他用电器，通过不同用电器的电流也往往是不同的。

在日常生活中，各个用电器往往是并联存在的，比如室内的冰箱、电脑、空调、电视机等，电力线路入市后，主线路被分为多条分线路，分别连接各用电器，并通过各自的电源线、开关进行控制，因此虽然所有电力供应均来自相同母线，打开电视机时空调也不会随之一同启动。现代生活中，人们在夜间休息时，客厅、卧室、卫生间等灯具往往要逐一关闭，这是由于灯具采用的也是并联模式，而且各有开关控制，当睡意渐浓时，有些人或者忘记、或者不愿意下床关闭客厅、走廊的电灯，造成了电能的浪费，这种情况或许可以通过应用串并联原理加以解决。具体来说，在室内整体并联大环境不变的情况下，可以对灯具进行串联处理，将灯具放置在同一条母线上，设置总开关在卧室，但在每一个、每一组灯具所在的分线路上设置分开关，在应用灯具照明时，将总开关打开，所有灯具分开关关闭，集体进入待工作状态。使用灯具时可以分别打开，入睡前，关闭位于卧室的总开关，所有灯具即可全部熄灭，免去了逐一关闭的麻烦，使忘记关闭灯具造成电能浪费的情况得以避免。这一方式可以推动电路实用方面的发展[1]。

2.2 电路材料选择方面的应用

电路材料是保持电路系统正常工作的基本条件，在人类用电几百年的历史中，不同电路系统、用电器均是经历多重变化最终确定的，比如电灯，爱迪生为发明使用性能较为良好的电灯，进行了6 000次以上的试验才最终选定钨丝，而为了发明蓄电池，爱迪生更是前后进行了超过40 000次实验。在实际生活中，电路材料的选择往往是先有理论，后有探索。高中电力知识涵盖多种理论，也涉及到多种材料，其同样可以推动电路的发展。

1）保险材料的选择。比如电力线路的材料。在部分的电路系统中，铝丝往往被作为保险丝，当用电器进入工作状态时，如果电流过大，铝丝会被烧断，从而避免线路故障和用电器损坏。随着大型用电器的出现，很多时候即便出现电流过大的问题，铝制保险丝也不会迅速出现反应，往往在用电器损坏、线路故障后，人员才会发现问题，这是由铝丝本身物理特征所决定，其对电流反应的敏感程度无法支持瞬间警报，或者由于保险丝较粗，无法快速熔断，具体来说，用于灌溉的潜水泵等存在这方面的危险。为求强化用电器保险丝的工作能力，可以采用对电流更为敏感的金属材料代替铝丝，比如钨丝。在导电性能方面，铝强于钨，但钨丝在面对电流时更为敏感，其抗电流屈服性较差，当通过设备的电流大于额定电流时，钨丝会迅速的发生反应，导致保险盒跳闸或者熔断，从而更好的保护设备和线路[2]。

2）绝缘子的选择。此外，其他用电设备的材料也可以应用高中知识加以选择，比如绝缘子。绝缘子是指电力杆塔、变配电设备中的绝缘体，其主要作用是提升电力设备工作中的安全性以及爬电距离，电力设备以及系统对绝缘子的要求主要有4个，一是绝缘性、二是耐腐蚀性、三是高密度、四是防雷能力。目前我国各电力系统、线路中，常用的绝缘子一般采用陶瓷或者钢化玻璃结构，这两种材料具备较好的绝缘性、耐腐蚀性，密度和防雷能力也较为出色，但在长期工作中，陶瓷和钢化玻璃的刚度依然不足，当较大的力量瞬间冲击陶瓷和钢化玻璃时，二者均可能出现裂缝，裂缝产生后绝缘子的绝缘性会明显下降，水分子、空气分子会从裂缝中进入绝缘子内部造成破坏，更为危险的是，一旦裂缝产生，绝缘子遭受雷电攻击的可能也会增加。为求强化绝缘子功能，在现有条件下，可以更换新型材料替代固有的陶瓷、钢化玻璃，比如复合材料。环氧树脂、塑胶等材料较之陶瓷、钢化玻璃，绝缘性、耐腐蚀性和密度、防雷能力均达到相近的水平，但其自我愈合能力较强，陶瓷、钢化玻璃损坏后，破损处可能继续增大，而环氧树脂和塑胶会缓慢的自愈合，在材料更换前能够保证设备的基本安全。此外，环氧树脂和塑胶的可塑性更强，这为其刚度的增加提供了条件。人员可以在制作环氧树脂、塑胶绝缘子时，在其内部加强金属材料，从而在不改变其基本特征的同时强化了刚度。

电路材料选择方面应用高中电力知识，也能够一定程度上为电路发展提供可行的思路[3]。

2.3 高中电学知识在输电环节的应用

输电是电力系统的核心功能之一，在电路相关工作中，输电主要依靠各类电力缆线、架空线路等进行，所输送的基本以交流电为主，但部分远程输电作业中，电能会因此被大量消耗，在未来工作里，当存在点对点电能传输时，直流电输电或许是更好的选择。具体来说，直流电由于线路造价低、传输过程对通信影响小、消耗较少、稳定性高而渐渐被青睐。其工作原理是：发电厂发出交流电经过整流器后，会被变为直流电，传输至用电地点，再由用电地点的变电设备二次变化，转化为交流电投入使用。我国目前的电力系统建设渐趋完善，但部分地区用电存在特殊性，不适合以交流电进行传输，比如边防军驻地、哨所、林业部门的检查站等，这些特殊地点存在用电需求，又由于传输距离的关系不适合交流输电，可以通过直接输电的方式实现电能的供应。值得一提的是，西方早期也曾尝试过直流输电，可以作为经验加以借鉴。

交流电和直流电相关知识应用于电路发展中，也有助于相关工作的进行和优化。

3 结论

通过分析高中电学在电路发展中的应用，了解了相关的基本内容。目前来看，串并联相关知识、材料选择相关知识以及直流电相关知识可以应用于电路发展中，并对电路进步起到一定的积极作用。后续工作里，应用上述理论，也有助于电路发展和高中物理电学知识的进一步实用化。

参考文献

[1]崔贺.高中电学基础知识之诊断研究[D].上海：上海师范大学，2015.

[2]郑景泉.浅谈高中物理中的电路分析在日常生活中的应用与实践[J].通讯世界，2017（3）：267-268.

[3]朱秀麗.最近发展区理论在高中电学教学中应用的实践研究[D].上海：上海师范大学，2015.endprint