電動汽車中的物理學原理探究

張孟啟

摘?要：物理學是我們所學的知識中重要的一門學科，也是與現實生活密切相關的學科。物理學本身就是依靠實踐、理論探索和發現，才不斷地發展成為一門科學。同時，物理學結合實際生活，可以有效提高學生對于物理學習效率。本文以電動汽車為例，介紹了電動汽車中所用到的物理知識，例如電磁學、運動學、力學、功和能。學習物理學知識可以提高我們解決生活中遇到的實際問題的自主動手和動腦的能力，有利于解決問題。

關鍵詞：物理學電動汽車;環保

物理學與人們的生活密切相關，生活中處處充滿了物理學的知識，充分利用物理知識能夠造福人類的生活。例如，電動汽車的發明創造就極大的運用了物理學的知識。電動汽車是指主要由電力作為驅動系統能量源的汽車，隨著我國對環境保護意識的加強以及科技迅速提升的背景下，電動汽車在我國的應用越來越廣泛，并且在未來存在著巨大的發展空間，物理學的理論與應用在推進電動汽車的發展中起著非常重要的作用。

一、電動汽車的發展

電動汽車的最初是在1834年，在融合了“電氣化”與“汽車”的基礎上誕生，電動汽車的出現在當時引起了人們的熱捧。但是在1930年前后，電動汽車在蓄電能力方面的存在很大的不足，致使傳統的內燃機汽車取代了電動汽車的市場。但是在經濟獲得高速發展，人民的物質需求得到不斷地滿足后，環境問題再一次將電動汽車推上歷史的舞臺。世界上很多著名的汽車公司紛紛投入到電動汽車的開發生產上，由于近年來的新材料與新技術的不斷涌現，現代的電動汽車不同于幾百年前的電動汽車，不斷地突破了在發展電動汽車時在：電磁學、運動學、力學、功和能這四個方面出現的主要問題。就我國而言，電動汽車的發展還遠遠不足，2017年我國的汽車總銷量為25845萬輛，但是其中僅僅有60.9萬輛的電動汽車與新能源汽車，在汽車總銷量中占據的比例僅為2.3%。隨著加強整治霧霾天氣政策的實施，我國將會在未來的一段時間內為電動汽車的發展提供大幅度的政策支持。

二、電動汽車中物理學原理的實際運用

（一）電磁學

電導體在磁場中受力的作用原理最早是由丹麥物理學家-奧斯特發現的。隨著這一現象的發現，電動機應運而生，電動機的出現實現了電能向機械能的轉換。它的作用原理是通過利用通電線圈（也就是定子繞組）產生旋轉磁場并作用于轉子從而形成磁電動力旋轉扭矩。電動機主要由定子與轉子組成，而通電導線在磁場中受力運動的方向則是由電流方向與磁感應線方向決定。

另外電動汽車內的音響的作用原理也離不開電磁學，我們聽到的聲音是在通電線圈產生磁場與永磁體之間產生相互作用的力，而線圈中的電流不斷變化時產生的磁場的極性及磁場強弱不同的情況下，當與永磁體發生相互作用時，線圈帶動薄膜在一定范圍內產生振動，通過這個振動產生聲音，變成我們聽到的歌曲。

（二）運動學

電動汽車是通過電機的轉動從而引起車輪的轉動來運行的，車輪與地面間產生的摩擦力，與動力形成反作用力從而促使車輛向前運動行駛，在下雪時地面比較光滑因而與車輪之間的摩擦系數減小，造成前進的時候打滑現象。此時剎車停車時候摩擦力減小，因而剎車需要的時間越長，在相同速度條件下要比沒有積雪時剎車停車需要的距離更長，因此容易導致安全事故。

動量定理的公式可以表示為：Ft=M2V2-M1V1。當汽車發生碰撞或者撞到堅硬物體時，汽車在極短時間內從運動狀態變為靜止狀態，根據動量定理，汽車受到很大的作用力。汽車碰撞前的速度越高，受到作用力越大，當作用力超過汽車承受極限時，汽車遭到破壞并變形。電動汽車廠家為了測試電動車安全性能通常會進行碰撞試驗。

（三）力學

電動汽車在轉彎時沿曲線運動，電動汽車與乘客都需要一個沿著彎道半徑方向的向心力，其公式為F=ma=mv2/r，電動汽車的向心力由地面與車輪間的摩擦力提供，而乘客的向心力由人與座椅間的摩擦力提供或者由安全帶提供。當發生急轉彎時，當半徑小于某一臨界值時，車輪與地面間的摩擦力不足以提供所需的向心力，電動汽車就會甩出去。

電動汽車啟動加速時，根據牛頓第二定律：F=ma=（v2-v1）/t，當電動汽車發動機所能產生力越大時，汽車的加速度越快，達到快速行駛時所用的時間越短。當電動汽車勻速行駛時，汽車在前進方向上所受的合力為零，汽車受的空氣阻力與前進方向的摩擦力大小相同，方向相反。

電動汽車裝有用于減振用的彈簧，當電動汽車處于靜止狀態時，在重力作用下彈簧的變形符合胡克定律。

（四）功和能

電動汽車在爬坡時，電池提供的能量轉化為汽車的動能、勢能和摩擦力所做的功。而電動汽車在下坡時，如果不提供能量，重力勢能將會轉化為動能和摩擦力做的功，而重力勢能也可以被充分的利用，被電動汽車儲蓄下來，作為以后的能量來源。汽車牽引力的功率為：P=Fv。電動汽車的電能并不能全部轉化為前進的動能，最簡單的電能會轉化為一部分的熱能或者變成摩擦力的做功。在這一過程中也要滿足能量轉換率：η=P（牽引力功率）/P（電池提供的能量）。從而轉換效率的提高也是提升電動汽車性能的一個非常重要的指標。

三、結論

電動汽車的發明與創造，不僅能夠保護人民的生活環境，還不會降低人們的生活質量。總之，物理在我們生活中的表現是無法描述的，它與我們現實生活之間的實踐是不可分割的。深入生活，觀察生活，發現生活中物理科學中的應用，不斷提高自己的應用物理知識，運用物理知識解決問題的能力在現實生活中，提高自己的創新思維和創新能力，很快成為一個國家發展所需要的合格人才，為國家的發展貢獻自己的一切力量。

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