磁懸浮列車的高中物理知識探究

摘 要：作為一門具有社會實踐意義的學科，高中物理知識能夠用于解決生活中遇到的各種問題，為我們的生活提供便利，磁懸浮列車的投入運行就是一個典型案例。本文以磁懸浮列車中的高中物理知識為研究內容，在加深人們對磁懸浮列車這一現代化交通工具認識的同時，也能夠完善自身物理知識體系，進而明確物理知識的實踐意義。

關鍵詞：磁懸浮列車；高中；物理知識

磁懸浮列車是現代科學技術的結晶，其中使用到的物理知識包括力學、電學、熱力學、電磁學等多個領域，除傳統列車所具有的部分特征以外，磁懸浮列車的關鍵技術在于對電磁感應原理的全面應用。

一、磁懸浮列車安全性設計中的物理知識

在觀察磁懸浮列車時，我們會看到磁懸浮列車的底部依然安裝有和傳統列車一樣的輪子，作為磁懸浮列車來說，輪子的存在似乎沒有必要，然而，設計人員之所以如此設計，其原因可以使用高中物理知識來加以解釋。

首先，磁懸浮列車在正常運行過程中受磁力間相互作用影響，車體與導軌之間形成了明顯間隙，然而，磁懸浮列車在高速行駛過程中轉彎時會產生一定的離心力，盡管可以通過軌道傾斜的方式依靠列車自身重力與離心力進行抵消，但是，為避免意外情況的發生，則依然使用傳統列車上的輪子對車體進行約束，從而降低其出軌的概率。

其次，為實現磁懸浮列車與軌道的脫離，需要消耗大量的電能，因此，在磁懸浮列車的非運行期間，則主要依靠傳統車輪進行移動。

二、磁懸浮列車的防出軌設置

通常情況下，為保證磁懸浮列車的高速行駛狀態，設計人員希望其線路盡可能為一條直線，但是，在某些情況下，磁懸浮列車的行駛路線需要轉彎，在傳統列車設計中，多采用軌底坡角的形式確保其安全性。但是，在磁懸浮列車設計中，除軌底坡以外，還可以利用電磁感應原理設計避免列車出軌現象的發生，示意圖如下：

根據電磁感應原理，在軌道與磁懸浮列車車輪內側固定通電線圈，線圈①與線圈②內通過的電流方向相反，如此將產生強大的排斥力，左右兩側線圈間的排斥力相同時，將使得磁懸浮列車能夠穩定在軌道之內。并且，在磁懸浮列車的行駛過程中，可以根據列車時速、車體自重、軌底坡角度的不同對兩側線圈電流大小進行調整，從而保證磁懸浮列車在行駛過程中能夠完成自身姿態的適應性調整，避免乘客感受到明顯的左右擺動。

三、磁懸浮列車牽引力的實現

與其他物理知識相對比來說，基于電磁感應原理的電磁推進技術是磁懸浮列車技術體系的核心，下面將利用圖解方式對磁懸浮列車運動的實現進行深入分析，從而更加全面的認識電磁感應原理在磁懸浮列車中的應用。

磁懸浮列車所使用的技術為EMS常導磁浮系統與EDS超導磁浮系統，上海磁懸浮列車是世界上首條投入商業運營的線路，它使用了EMS常超導磁浮系統，該系統的列車推進原理如下圖所示：

根據實際運行需要，磁懸浮列車在車底和軌道上會均勻安置大量的線圈，在通電的情況下，線圈所形成的磁極示意圖如圖2所示，通過線圈之間磁力作用，推動磁懸浮列車前進。在磁懸浮列車加速的過程中，也就是線圈內電流不斷增加的過程，進而實現磁懸浮列車速度的緩慢增加。

除推動磁懸浮列車前進以外，也可以利用電磁感應原理進行剎車操作，剎車過程中則需要對車底磁極與鐵軌磁極的排列進行調整，具體調整結果與作用效果如圖3所示。

磁懸浮列車在減速的過程中可利用車底磁極與鐵軌磁極的分布變化實現，通常以鐵軌線圈中電流的方向調整為主要方式，由于磁懸浮列車運動速度快，為保證磁極變化能夠符合要求，該電流方向調整多由計算機進行分段控制，以提高磁懸浮列車高速運行下的安全系數。

四、總結

磁懸浮列車中的高中物理知識除以上內容外，還包括其它方面的知識，如軌道融雪系統設計、磁懸浮列車測速系統等。通過了解磁懸浮列車的高中物理知識，能夠使我們高中生意識到物理知識的實用性，激發對物理學習的興趣，養成理論知識與實踐相結合的良好習慣。

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作者簡介：陳博遠（2000-），男，漢族，陜西延安子長縣人，延安市新區高級中學高三6班學生。