磁悬浮列车的高中物理知识探究

摘 要：作为一门具有社会实践意义的学科，高中物理知识能够用于解决生活中遇到的各种问题，为我们的生活提供便利，磁悬浮列车的投入运行就是一个典型案例。本文以磁悬浮列车中的高中物理知识为研究内容，在加深人们对磁悬浮列车这一现代化交通工具认识的同时，也能够完善自身物理知识体系，进而明确物理知识的实践意义。

关键词：磁悬浮列车；高中；物理知识

磁悬浮列车是现代科学技术的结晶，其中使用到的物理知识包括力学、电学、热力学、电磁学等多个领域，除传统列车所具有的部分特征以外，磁悬浮列车的关键技术在于对电磁感应原理的全面应用。

一、磁悬浮列车安全性设计中的物理知识

在观察磁悬浮列车时，我们会看到磁悬浮列车的底部依然安装有和传统列车一样的轮子，作为磁悬浮列車来说，轮子的存在似乎没有必要，然而，设计人员之所以如此设计，其原因可以使用高中物理知识来加以解释。

首先，磁悬浮列车在正常运行过程中受磁力间相互作用影响，车体与导轨之间形成了明显间隙，然而，磁悬浮列车在高速行驶过程中转弯时会产生一定的离心力，尽管可以通过轨道倾斜的方式依靠列车自身重力与离心力进行抵消，但是，为避免意外情况的发生，则依然使用传统列车上的轮子对车体进行约束，从而降低其出轨的概率。

其次，为实现磁悬浮列车与轨道的脱离，需要消耗大量的电能，因此，在磁悬浮列车的非运行期间，则主要依靠传统车轮进行移动。

二、磁悬浮列车的防出轨设置

通常情况下，为保证磁悬浮列车的高速行驶状态，设计人员希望其线路尽可能为一条直线，但是，在某些情况下，磁悬浮列车的行驶路线需要转弯，在传统列车设计中，多采用轨底坡角的形式确保其安全性。但是，在磁悬浮列车设计中，除轨底坡以外，还可以利用电磁感应原理设计避免列车出轨现象的发生，示意图如下：

根据电磁感应原理，在轨道与磁悬浮列车车轮内侧固定通电线圈，线圈①与线圈②内通过的电流方向相反，如此将产生强大的排斥力，左右两侧线圈间的排斥力相同时，将使得磁悬浮列车能够稳定在轨道之内。并且，在磁悬浮列车的行驶过程中，可以根据列车时速、车体自重、轨底坡角度的不同对两侧线圈电流大小进行调整，从而保证磁悬浮列车在行驶过程中能够完成自身姿态的适应性调整，避免乘客感受到明显的左右摆动。

三、磁悬浮列车牵引力的实现

与其他物理知识相对比来说，基于电磁感应原理的电磁推进技术是磁悬浮列车技术体系的核心，下面将利用图解方式对磁悬浮列车运动的实现进行深入分析，从而更加全面的认识电磁感应原理在磁悬浮列车中的应用。

磁悬浮列车所使用的技术为EMS常导磁浮系统与EDS超导磁浮系统，上海磁悬浮列车是世界上首条投入商业运营的线路，它使用了EMS常超导磁浮系统，该系统的列车推进原理如下图所示：

根据实际运行需要，磁悬浮列车在车底和轨道上会均匀安置大量的线圈，在通电的情况下，线圈所形成的磁极示意图如图2所示，通过线圈之间磁力作用，推动磁悬浮列车前进。在磁悬浮列车加速的过程中，也就是线圈内电流不断增加的过程，进而实现磁悬浮列车速度的缓慢增加。

除推动磁悬浮列车前进以外，也可以利用电磁感应原理进行刹车操作，刹车过程中则需要对车底磁极与铁轨磁极的排列进行调整，具体调整结果与作用效果如图3所示。

磁悬浮列车在减速的过程中可利用车底磁极与铁轨磁极的分布变化实现，通常以铁轨线圈中电流的方向调整为主要方式，由于磁悬浮列车运动速度快，为保证磁极变化能够符合要求，该电流方向调整多由计算机进行分段控制，以提高磁悬浮列车高速运行下的安全系数。

四、总结

磁悬浮列车中的高中物理知识除以上内容外，还包括其它方面的知识，如轨道融雪系统设计、磁悬浮列车测速系统等。通过了解磁悬浮列车的高中物理知识，能够使我们高中生意识到物理知识的实用性，激发对物理学习的兴趣，养成理论知识与实践相结合的良好习惯。

参考文献：

[1]刘琳.磁悬浮技术与磁悬浮列车[J].现代物理知识，2004（03）.

[2]陆一娣.磁悬浮列车的原理及应用[J].现代物理知识，2009（06）.

[3]张瑞佛，李芳宇.德国、日本磁悬浮列车造型设计分析[J].设计，2018（02）.

作者简介：陈博远（2000-），男，汉族，陕西延安子长县人，延安市新区高级中学高三6班学生。