隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,現(xiàn)代生活中最重要的交通運(yùn)輸工具——汽車,與我們的生活走得越來越近了。在與汽車頻繁的接觸中,如果你能注意仔細(xì)觀察認(rèn)真思考,可能會(huì)發(fā)覺:在汽車的設(shè)計(jì)和使用中涉及了物理知識(shí)中的方方面面。在乘坐汽車的過程中你更容易體驗(yàn)觀察到很多物理知識(shí)。
如你在車上,當(dāng)汽車啟動(dòng)或鳴喇叭時(shí),你可感到刺耳的噪聲。即體驗(yàn)到噪聲產(chǎn)生的原因——物體無規(guī)則振動(dòng)(圖1噪聲的波形圖)與噪聲傳遞能量刺耳,會(huì)使人心煩意亂、焦躁不安。
當(dāng)汽車行駛中,注意觀察車前側(cè)的觀后鏡(圖2),你可看到車后的視野很廣闊。再仔細(xì)觀察鏡面,它竟是一個(gè)凸面鏡,凸面鏡可以擴(kuò)大視野,這是由于光線射到凸面鏡起發(fā)散作用的緣故(見圖3甲)。如果你有機(jī)會(huì)觀察汽車頭燈,可見到燈是在凹面鏡的焦點(diǎn)上(遠(yuǎn)距光燈)或焦點(diǎn)附近(近距光燈),這是因?yàn)榘济骁R能使平行光線會(huì)聚在焦點(diǎn)上(圖3乙),而當(dāng)光源放在凹面鏡焦點(diǎn)處,則發(fā)出的光被反射后平行射出的緣故。汽車前面的擋風(fēng)玻璃安裝成有一定斜度,但它仍能像平面鏡那樣反射光線成像。汽車在夜間行駛時(shí),你坐在車上,就很容易看到擋風(fēng)玻璃成的像。因此夜間行車,車內(nèi)一般不開燈,這樣,以防止車內(nèi)乘客在司機(jī)前的擋風(fēng)玻璃上成像,干擾司機(jī)的駕駛判斷。
你在乘汽車過程中,遇到過緊急剎車的情況嗎?當(dāng)汽車在較高速度行駛時(shí),突然緊急剎車,乘客都向前傾倒(圖4),這是什么原因呢?這是由于慣性而不能立即停止的緣故。
在你學(xué)過《內(nèi)燃機(jī)》后,對(duì)內(nèi)燃機(jī)(如汽油機(jī))的吸氣、壓縮、活塞轉(zhuǎn)動(dòng)做功,以及排氣等的工作情況,僅是從圖中(圖5)來認(rèn)識(shí)了解;如果你乘車時(shí),就可觀察到,駕駛員對(duì)汽車的點(diǎn)火啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī);體察到車身振動(dòng)以及排氣、車身繼續(xù)前進(jìn)等情況,從而可引起你想象內(nèi)燃機(jī)中四個(gè)沖程循環(huán)連續(xù)工作的“具體情況”。這樣就能加深了解內(nèi)燃機(jī)的工作原理。
在乘汽車(或接近汽車)過程中,你還可仔細(xì)體察汽車中還有哪一些物理知識(shí)的應(yīng)用?除上述外,現(xiàn)按初中物理課本,分析綜合整理如下,以供學(xué)習(xí)參考。
一、力學(xué)方面
1.汽車的底盤質(zhì)量都較大,這樣可以降低汽車的重心,增加汽車行駛時(shí)的穩(wěn)度。
2.汽車的車身設(shè)計(jì)成流線型,是為了減小汽車行駛時(shí)受到的阻力。
3.汽車前進(jìn)的動(dòng)力與地面對(duì)主動(dòng)輪的摩擦力(主動(dòng)輪與從動(dòng)輪與地面的摩擦力的方向相反)。
4.汽車在平直路面勻速前進(jìn)時(shí),牽引力與阻力互相平衡,汽車所受重力與地面的支持力平衡。
5.汽車拐彎時(shí):①司機(jī)要打方向盤——力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因;②乘客會(huì)向拐彎的反方向傾斜——由于乘客具有慣性。
6.不同用途的汽車的車輪還存在大小和個(gè)數(shù)的差異——這與汽車對(duì)路面的壓強(qiáng)大小相關(guān)。
7.汽車的座椅都設(shè)計(jì)得既寬且大,這樣就減小了對(duì)坐車人的壓強(qiáng),使人乘坐舒服。
汽車快速行駛時(shí),車的尾部會(huì)形成一個(gè)低氣壓區(qū),這是我們常常能在運(yùn)動(dòng)的汽車尾部看到卷揚(yáng)的塵土形成原因。
8.交通管理部門要求:①小汽車的司機(jī)和前排乘客必須系好安全帶(圖6)——這樣可以防止慣性的危害;②嚴(yán)禁車輛超載——不僅僅減小車輛對(duì)路面的破壞,還有減小摩擦、慣性等;③嚴(yán)禁車輛超速——防止急剎車時(shí),因反應(yīng)距離和制動(dòng)距離過長而造成車禍。
9.簡(jiǎn)單機(jī)械的應(yīng)用:①方向盤、車輪、開窗搖柄等都是輪軸;②調(diào)速桿,自動(dòng)開關(guān)門裝置是杠桿。
10.汽車爬坡時(shí)要調(diào)為低速:由P=Fv,功率一定時(shí),降低速度,可增大牽引力。
……(自行補(bǔ)充)
二、熱學(xué)方面
1.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常用柴油機(jī)或汽油機(jī)——它們是內(nèi)燃機(jī)——利用內(nèi)能來做功。
2.發(fā)動(dòng)機(jī)外裝有水套,用循環(huán)流動(dòng)的水幫助發(fā)動(dòng)機(jī)散熱——水的比熱容大。
3.冬天,為防凍壞水箱,入夜時(shí)要排盡水箱中的水——防止熱脹冷縮的危害。
4.小汽車的后窗玻璃板中嵌有一道道的電熱絲——它可以防止車內(nèi)形成的霧氣附著于玻璃上、凝結(jié)。
5.剛坐進(jìn)汽車或有汽車從你身旁駛過時(shí),會(huì)聞到濃濃的汽油味——擴(kuò)散現(xiàn)象。
6.空調(diào)車車窗玻璃設(shè)計(jì)成雙層的原因——防止傳熱。
7.環(huán)保汽車使用氣體燃料,可減小對(duì)大氣的污染。
……(自行補(bǔ)充)
三、電學(xué)方面
1.汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)常用低壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng):電動(dòng)機(jī)是根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用的道理制成的,工作時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
2.汽車上的電動(dòng)機(jī)(汽車電機(jī))常用車載(蓄電池)供電。汽車運(yùn)行過程中可以利用的車輪帶動(dòng)車載發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電,給蓄電池充電。給蓄電池充電時(shí),電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來,此時(shí)蓄電池是用電器;用蓄電池給電動(dòng)機(jī)供電時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,此時(shí)蓄電池才是電源。
3.車載蓄電池還被用來為汽車上配裝的電扇、收錄機(jī)、CD機(jī)及各種用途的電燈供電,這是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、聲能、光能等等。
4.油罐車的尾部通常要掛一條鐵鏈直達(dá)路面,這樣做有利于使運(yùn)輸過程中因顛簸而產(chǎn)生的靜電荷迅速傳到大地上,避免因靜電的火花放電而帶來災(zāi)難。
5.車燈發(fā)光:電能——光能。
……(自行補(bǔ)充)
四、聲學(xué)、光學(xué)方面
……(自行補(bǔ)充)
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