物理学在现代生活中的运用略述

孙志诚

摘要：随着物理学的不断创新发展，人类社会飞速前进，人们的生活也发生了翻天覆地的变化，物理学所揭示的客观规律为我们的生产生活奠定了坚实的理论基础，在这些理论的指引下，人类文明不断进步，本文介绍了物理学的学科特点、物理学与生活的紧密联系，重点分析了生活中应用物理学知识的几个典型案例，帮助人们意识到物理学对于人类社会发展的重大意义，进而加强对物理学的研究。

关键词：物理学 现代生活 运用

物理学作为一门研究自然规律的学生，从古至今在人们的生产生活中起到了巨大的推动作用，从远古时代利用摩擦生热原理进行钻木取火，到第一次工业革命、第二次工业革命，再到当前的信息时代，人类社会每次进步的背后都活跃着物理学的身影，在日常生活中，处处可见物理学的应用，切菜时利用了“力一定的情况下，接触面越小，压强越大”的原理，车辆启动中利用火花塞点火，利用电流的热效应来制作电路保险丝，打电话过程中涉及到以电磁学为基础的通信技术，这些都是物理知识在生活中的应用，因此在人们的衣食住行各个领域无不折射出物理学的强大推动力，研究物理学在生活中的应用情况具有非常重要的现实意义。

一、物理学与生活的关系

（一）物理学学科特点

物理学是一门自然学科，研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学，简而言之，物理学对客观世界的客观规律做出了准确又有简洁的揭示。因此物理学相比于其他学科，具有真理性、统一性、简洁性等显著特点。

（二）物理学与生活的关系

物理学与生活是紧密相关的，生活中我们衣食住行方方面面都体现着物理学的规律，物理学也渗透到了生活的各个领域，而且人们利用物理学知识不断的改善我们的生活，可以说在人类生活质量提高的过程中，物理学扮演了非常重要的角色，同时生活中人们对于物质生活水平的要求又反向作用于物理学科，倒逼物理学科不断前进，因此物理学与生活二者互相渗透，互相影响。

二、物理学在生活中的运用

（一）电磁学原理的应用案例

1.电磁炉

电磁炉作为一种快速、安全、无辐射、不需要明火的烹饪器具，备受人们的青睐，使用程度也越来越高，电磁炉的工作原理就涉及到了物理学中的涡流效应、能量转换、电流的磁效应、法拉第电磁感应定律等相关物理学知识。

电磁炉在电子线板中设置交变磁场，在线圈中通入交变电流，通过电流的磁效应产生变化的磁场，磁场应力通过金属锅体，在锅底产生非常多小涡流，涡流会使得锅具底部金属材料内部的自由电子呈涡流状运动，使得锅具自热，进而用来加热和烹饪事物。下图即电磁炉的工作原理示意图。

2.红外线遥控器

红外线遥控器在我们的生活中随处可见，空调、电视机等都涉及到红外线遥控器，红外线遥控的工作原理就涉及到很多电磁学的相关物理知识。

红外线遥控器的发射装置是红外线发光二极管，按键信息通过红外线传递给接收端设备，从而实现对设备开关等控制。红外线遥控器从组成结构上讲包括：红外线接收电路、发射电路、处理器、调制电路、存储器、状态指示等组成，红外线控制器包括学习、控制两个状态。

学习状态顾名思义就是控制器需要“学习训练”，了解每一个键的控制功能，用户按键发射红外信号后，接收电路运行，通过监测、放大、滤波、解调等一系列电路处理输出基带信号，目前主流的遥控器都采用红外通信的一体化接收头HS0038B，上述功能环节都集成到一起，处理器定期采样，将采样点数据存储，存储单元是指定的，以便以后对设备进行控制。

控制状态就是对设备进行控制，当接收到控制信号后，处理器直接调取在学习状态下存储的相关信息，实现对设备的控制；

需要注意的是生活中的红外线光源很多，容易产生信号干扰，因此在发射信号时，需要进行调制，将有用的信号与噪音信号区分开来，例如将红外线以特定频率闪烁，令接收器适配频率即可。

（二）热力学知识的应用——空调技术

在日常生活中，热力学的知识的应用情况也极为普遍，热力学的几大定律为了我们的生产生活奠定了坚实的理论基础，空调、冰箱、热管等技术日趋成熟，其中空调技术就是其中的应用典范。

家庭式空调主要构成原件包括：压缩机、蒸发器、冷凝器与节流装置等。空调中实现制热或者制冷的关键物质是制冷剂，制冷剂在空调中存在气体状态、液体状态或者气液混合物状态，结合物理学的热力学相关知识，制冷剂在状态转化过程中会吸收或者散发热量，进而改变环境温度。节流装置可以实现降温减压的作用，其工作原理采用了工程流体力学中伯努利方程，制冷剂流经阀门时，流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降。

在夏季制冷过程中，压缩机吸入低压气态制冷剂，并对其进行压缩，制冷剂的状态转化为高压高温的气态，上述气体流入室外冷凝器，在室外散热（这也是空调外机处非常热的原因）过程中冷凝成高压液体， 经过节流装置的降温减压后变成低温低压的气液混合物，此时该气体进入室内蒸发器，根据热力学热力学第二定律，室内空气温度较高，热量由室内高温气体自发流向制冷剂，制冷剂吸收热量之后气化升华，室内温度下降，制冷剂转化为低压气体重新进入压缩机，形成了一个工作循环，完成制冷效果。

冬季制冷的工作原理与夏季制冷类似，区别在于制热增加了电热元件，以此来补充制热时能量不足的缺点。

（三）相对论知识在生活中的应用——GPS修正

相对论作为著名物理学家爱因斯坦的伟大发现，从根本上改变了人们的时空观，将人们从牛顿的绝对时空观中扭转到相对时间、相对空间以及绝对时空四维连续体中，重塑了人们对于时空观的理解，也正因如此相对论一直被人们认为是高精尖的理论，所运用的环境都是微观世界、宇观世界，物质处在高速运动状态，人们认为相对论离普通人生活很遥远，但是实际情况并非如此，相对论在某些方面非常贴近我们的生活，例如全球定位系统（GPS）。

当前人们的出行过程越来越离不开导航，那么导航涉及到全球定位系统，全球定位系统在使用过程中存在误差，因此需要及时进行修正，修正原理、参数计算都是基于相对论原理的。

根据爱因斯坦狭义相对论，物质运动过程中质量会随着速度增大而增大，时间会随着运动速度的增加而变慢（也就是常说的钟慢效应），在低速运行中，这种差异可以忽略不计，但是对于GPS卫星，每秒运行速度在1.4万千米以上（光速C=299792458米/秒），在这种情况下钟慢效应不能忽视，根据爱因斯坦钟慢效应的转换公式，GPS的星载原子钟每天要比地球上的时钟慢7微秒。

根據爱因斯坦广义相对论，引力场会影响时间和距离的测量，卫星处在离地面大约20000km的外太空，卫星上的星载时钟每天要快 45 微秒。

因此综合相对论效应，卫星上的星载时钟每天要快38微秒，受此影响，全球地位系统每天将会累计10km的定位误差，严重影响导航精确度，因此在进行导航计算及导航卫星管理中，需要将这38微秒的修正计算在内，所以说即便是相对论这样看似很高深的理论在我们的生活中也有着非常广泛的应用。

三、结语

物理学在生活中的应用案例不胜枚举，凸显了物理学原理对现代生活的重要意义，正是由于物理学的存在，人们对于客观世界的认识更加深刻，通过探究自然现象背后的客观定理，人类社会才不断进步，因此研究物理学理论知识具有非常重要的学术价值，物理学理论的不断创新发展，将指导人类社会向着更高文明发展。

参考文献：

[1]张烨.电磁炉工作原理与使用维修探析[J].电子技术与软件工程，2016，（16）：110.

[2]赵高峰，王保才，蒋俊华，等.物理学在现代生活中的应用[J].中国新技术新产品，2014，（12）：183-184.

[3]王凤娟.浅谈物理学知识在生活的应用[J].大众文艺（理论），2009，（22）：207.

（作者单位：淄博实验中学）