高鐵因其快捷舒適、安全穩(wěn)定，成為眾多家庭親子出游、探親訪學(xué)的首選交通工具。孩子們在享受“中國速度”的同時，也常常會好奇地問：“高鐵跑得這么快，是不是特別費電？它停下來的時候，巨大的能量去哪里了？”

今天，我們就用兩個簡單易行的家庭科學(xué)小實驗，和孩子一起化身“高鐵工程師”，探究高鐵如何巧妙地將剎車時的動能“變廢為寶”，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。這不僅是一次有趣的親子科學(xué)啟蒙，更能讓孩子直觀理解綠色科技如何融入我們的生活，培養(yǎng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的意識。

01

利用電動機(jī)將動能轉(zhuǎn)化為電能

實驗材料：

細(xì)繩、電動機(jī)、發(fā)光二極管

01

實驗步驟1

將發(fā)光二極管正負(fù)極分別接在電動機(jī)的兩個電極上。

01

實驗步驟2

將細(xì)繩纏在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上�？焖倮瓌蛹�(xì)繩，帶動轉(zhuǎn)子快速轉(zhuǎn)動。觀察發(fā)光二極管，能夠看到發(fā)光二極管閃光（注意：若發(fā)光二極管未閃光，可以將發(fā)光二極管的正負(fù)極對調(diào)，再次實驗）。

02

回收制動系統(tǒng)模擬

實驗材料：

電動機(jī)、重物塊（用于增加轉(zhuǎn)動慣性）、電池組、單刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線、發(fā)光二極管。

01

實驗步驟1

按照電路圖所示組裝電路，先將單刀雙擲開關(guān)撥到S1處與電源連接。此時，電動機(jī)帶動重物塊快速轉(zhuǎn)動。

02

實驗步驟2

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

實驗原理

我國高鐵除了普通的剎車系統(tǒng)之外，還有一套再生制動（電制動）系統(tǒng)，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(xué)中的原理：閉合電路的一部分導(dǎo)體，在磁場中做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種現(xiàn)象叫作電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是由英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)的。

如下圖所示，一個閉合線框與電流表串聯(lián)，當(dāng)閉合線框切割蹄形磁鐵的磁感線時，電流表有示數(shù)，說明產(chǎn)生了感應(yīng)電流。

當(dāng)高鐵進(jìn)站減速時，因為慣性，車輪依然會轉(zhuǎn)動，并可以帶動電動機(jī)轉(zhuǎn)動，將動能轉(zhuǎn)化為電能。若此時將電動機(jī)的電源正負(fù)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(tǒng)也被大量應(yīng)用在電動汽車上，達(dá)到節(jié)約電能、增加續(xù)航里程的效果。

歡迎留言

下一次和孩子乘坐高鐵時，不妨在進(jìn)站減速時提醒他/她：“聽，現(xiàn)在高鐵正在悄悄‘發(fā)電’呢！”將書面的知識與真實的體驗相結(jié)合，最能點燃孩子對科學(xué)的興趣。 希望今天的實驗?zāi)転槟秃⒆拥挠H子時光增添一份探索的樂趣與成就感。

如果您和孩子成功完成了實驗，歡迎拍照或錄制短視頻，在評論區(qū)或后臺分享你們的成果！也別忘了將文章轉(zhuǎn)發(fā)給更多朋友，讓大家一起陪伴孩子在動手動腦中發(fā)現(xiàn)科學(xué)的魅力，理解科技如何讓我們的生活更美好、更可持續(xù)。

責(zé)任編輯｜趙青云 李雅欣

運營編輯｜李雅欣

質(zhì)量審核 | 王維嘉

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《高鐵剎車的奧秘》，撰文·供圖/安志強(qiáng)、畢建軍（北京市第五中學(xué)通州校區(qū)），原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

知識就是力量

現(xiàn)訂購2026年

定價360元

把一整年的知識抱回家！