高鐵剎車的奧秘

安志強 畢建軍

?高鐵因其快捷舒適、安全穩定，成為國人中長途出行的首選。高鐵在獲得高速的過程中，會消耗大量的電能，電能轉化為動能；在剎車（制動）過程中，又會將獲得的巨大動能，轉化為熱能消耗掉。那么，在制動過程中能不能回收部分動能，從而減少能源消耗呢？讓我們通過實驗，一起探究高鐵剎車的奧秘吧。

細繩、電動機、發光二極管

實驗步驟1

將發光二極管正負極分別接在電動機的兩個電極上。

實驗步驟2

將細繩纏在電動機的轉子上。快速拉動細繩，帶動轉子快速轉動。觀察發光二極管，能夠看到發光二極管閃光（注意：若發光二極管未閃光，可以將發光二極管的正負極對調，再次實驗）。

電動機、重物塊（用于增加轉動慣性）、電池組、單刀雙擲開關、導線、發光二極管

實驗步驟1

按照電路圖所示組裝電路，先將單刀雙擲開關撥到S1處與電源連接。此時，電動機帶動重物塊快速轉動。

實驗步驟2

待轉動速度提升到最大（可通過電動機轉動時發出聲音的高低，判斷轉速），快速將單刀雙擲開關撥到S2處與發光二極管連接。此時可以看到發光二極管短暫發光，然后逐漸熄滅。

我國高鐵除了普通的剎車系統之外，還有一套再生制動（電制動）系統，用于在剎車過程中回收動能、減少能耗。

實驗一用到的是物理學中的原理：閉合電路的一部分導體，在磁場中做切割磁感線的運動時，導體中就會產生感應電流。這種現象叫作電磁感應現象，是由英國物理學家法拉第發現的。

如下圖所示，一個閉合線框與電流表串聯，當閉合線框切割蹄形磁鐵的磁感線時，電流表有示數，說明產生了感應電流。

當高鐵進站減速時，因為慣性，車輪依然會轉動，并可以帶動電動機轉動，將動能轉化為電能。若此時將電動機的電源正負極反接，或者接到某種大電容上，就會將這部分電能儲存起來，并在高鐵重新啟動時再次利用。這類再生制動系統也被大量應用在電動汽車上，達到節約電能、增加續航里程的效果。

（責任編輯 / 高琳 美術編輯 / 韋英章）