借初中物理認(rèn)識(shí)交通工具

吳濤

【摘 要】隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，各種各樣的地面交通工具走進(jìn)人們的生活，從畜力到機(jī)械動(dòng)力經(jīng)歷了多次變革，但都離不開物理知識(shí)和原理。作為初中階段的學(xué)生可以借助課堂學(xué)到物理知識(shí)了解它們的工作原理，反過(guò)也可以使我們對(duì)涉及到此類型的考點(diǎn)形成系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

【關(guān)鍵詞】地面交通；車輛；物理知識(shí)；考點(diǎn)

在現(xiàn)代化的社會(huì)中人們的衣食住行都在發(fā)生日新月異的變革，其中“行”主要指的是我們今天出行都要借助各式各樣的交通工具，我們周圍的交通工具越來(lái)越多，給每一個(gè)人的生活都帶來(lái)了極大的方便。陸地上的汽車，海洋里的輪船，天空中的飛機(jī)，大大縮短了人們交往的距離；火箭和宇宙飛船的發(fā)明，使人類探索另一個(gè)星球的理想成為了現(xiàn)實(shí)。最便利發(fā)便的要屬地面交通工具，地面交通也就是陸地交通，是我們平時(shí)最熟悉，使用最廣泛的交通方式。地面交通工具也可以說(shuō)成是“帶輪子的交通工具”因?yàn)槌藰O少數(shù)地方用到滑雪板外，幾乎所有的地面交通工具都是裝有圓形輪子。圓形的輪子和地面之間的摩擦力是滾動(dòng)摩擦力，這種摩擦力是很小的，只需要很小的動(dòng)力就可以轉(zhuǎn)動(dòng)，而且圓形的輪子可以保持平穩(wěn)。大家每天一出門就可以看到各種地面交通工具，比如自行車、汽車、摩托車、甚至還有火車等。這些車輛當(dāng)中用到很多物理原理哦。

一、我們先聊聊最簡(jiǎn)單的自行車吧

它在上個(gè)世紀(jì)是中國(guó)老百姓最常用的交通工具，幾乎家家都有，也是最簡(jiǎn)單、最直接利用力學(xué)原理的交通工具.有關(guān)考點(diǎn)：增大或減小摩擦的方法；慣性；杠桿的分類；輪軸及其他常見(jiàn)簡(jiǎn)單機(jī)械。雖然自行車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕便。但是隨著社會(huì)的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，逐漸退出，細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在路上取而代之的是一種電動(dòng)自行車。電動(dòng)自行車的優(yōu)勢(shì)在哪里？先得感謝奧斯特和法拉第兩位科學(xué)家，電磁感應(yīng)定律，電與磁之間的相互轉(zhuǎn)化為電動(dòng)車的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等均為這階段的基礎(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化使得電動(dòng)車的發(fā)明及迅速的普及化。電動(dòng)自行車的不足之處是什么？效率低，耗電多，能走的路程與耗能不成比例。還有廢舊電池污染問(wèn)題，以這項(xiàng)電池的壽命一般1年多，多以鉛酸電池為主，胡亂廢棄否污染嚴(yán)重，現(xiàn)在回收體系不是很健全，這就更導(dǎo)致污染。因此目前電動(dòng)車還不能完全取代燃油車。

二、燃油車的原理及應(yīng)用

說(shuō)到燃油車，我們不得不談到九年級(jí)物理第十四章中的《熱機(jī)》這節(jié)內(nèi)容：通過(guò)燃料在汽缸里燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體推動(dòng)活塞做功從而實(shí)現(xiàn)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。從瓦特發(fā)明單杠蒸汽機(jī)開始到現(xiàn)在先進(jìn)高速概念型跑車，汽車的發(fā)展歷經(jīng)三個(gè)世紀(jì)，其中內(nèi)燃機(jī)時(shí)代其最重要變革時(shí)期，內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力裝置主要指汽油機(jī)和柴油機(jī)。汽油機(jī)比較輕巧，嘗用在汽車、摩托車。柴油比較便宜，但柴油機(jī)比較笨重主要用在大型載重車，拖拉機(jī)、坦克?，F(xiàn)在還有很多車輛使用天然氣（CNG），特別是一些公交車和出租車，優(yōu)點(diǎn)是在排氣沖程里放出的污染物較少，更加節(jié)能。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，汽車與我們的生活走得越來(lái)越近了。在與它頻繁的接觸中，仔細(xì)觀察加上認(rèn)真的思考，我們會(huì)發(fā)覺(jué)：在汽車的設(shè)計(jì)和使用中幾乎涉及到了初中物理知識(shí)體系中的方方面面。例如，

（1）力學(xué)考點(diǎn)：①平衡力：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。②慣性：汽車急剎車（減速）時(shí)，司機(jī)踩剎車體現(xiàn)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因；乘客會(huì)由于向反方向傾倒。③簡(jiǎn)單機(jī)械的應(yīng)用：方向盤、車輪、開窗搖柄等都是輪軸，調(diào)速桿，自動(dòng)開關(guān)門裝置是杠桿。④關(guān)于速度路程，時(shí)間的計(jì)算問(wèn)題；參照物與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述問(wèn)題是中考重點(diǎn)。

（2）熱和能轉(zhuǎn)化：①發(fā)動(dòng)機(jī)外裝有水箱，用循環(huán)流動(dòng)的水幫助發(fā)動(dòng)機(jī)散熱利用水的比熱容大。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。②汽車發(fā)動(dòng)機(jī)利用內(nèi)能來(lái)做功，常常涉及到燃料的熱值和熱機(jī)效率的計(jì)算問(wèn)題。

（3）電學(xué)考點(diǎn)：車上各種設(shè)備的自動(dòng)控制開關(guān)、油量表、速度計(jì)、都是利用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。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(guò)程中因顛簸而產(chǎn)生的電荷迅速傳到大地上，避免因靜電放電而帶來(lái)災(zāi)難。

（4）聲光原理：①汽車?yán)劝l(fā)聲是電能→機(jī)械能，發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音要盡量消除（發(fā)動(dòng)機(jī)上裝配消音器）這是在聲源處減弱噪聲。②汽車頭燈里的反射鏡是一個(gè)凹鏡能把放在其焦點(diǎn)上的光源發(fā)出的光，經(jīng)反射后以平行光線射出。③汽車前的擋風(fēng)玻璃通常都不直立（底盤高大的客車除外），這是因?yàn)閾躏L(fēng)玻璃相當(dāng)于平面鏡車內(nèi)物體易通過(guò)它成像于司機(jī)面前，影響司機(jī)的判斷，并且汽車在夜間行駛時(shí)，車內(nèi)一般不開燈，這樣可防止車內(nèi)乘客在司機(jī)前的擋風(fēng)玻璃上成像，干擾司機(jī)正常視線。近年來(lái)對(duì)于汽車行駛問(wèn)題經(jīng)常和運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合在一起，考查學(xué)生的解決實(shí)際問(wèn)題能力和數(shù)學(xué)應(yīng)用技巧。

另外，在初中階段關(guān)于汽車牽引力和功率問(wèn)題只限于勻速行駛，對(duì)于在高中階段關(guān)于汽車行駛時(shí)變速情況和功率問(wèn)題一直是難點(diǎn)，汽車的即時(shí)功率P=FV，F(xiàn)表示牽引力、V表示即時(shí)速度。在額定功率下，速度越大、牽引力越小，速度越小、牽引力越大。汽車爬坡時(shí)調(diào)為低速，可增大牽引力，汽車行使在平直的公路上時(shí)換成高速檔，可獲得較高速度。而在強(qiáng)調(diào)初高中物理的銜接的前提下，關(guān)于這一部分是一個(gè)很好的切入點(diǎn)，可以通過(guò)學(xué)生已有的初中物理知識(shí)去理解即時(shí)功率的應(yīng)變問(wèn)題。

三、大家別忘了地面交通還有一個(gè)舒適穩(wěn)定的軌道交通方式

大家可能并不知道鐵路是人類發(fā)明的首項(xiàng)公共交通工具，在十九世紀(jì)初期便在英國(guó)出現(xiàn)。直至二十世紀(jì)初發(fā)明汽車，鐵路一向是陸上運(yùn)輸?shù)闹髁Α，F(xiàn)在我們對(duì)軌道交通再不是僅僅理解成火車，隨著城市建設(shè)的步伐加快，以前一個(gè)火車頭拖著幾節(jié)綠皮殼跑幾天的情景已經(jīng)不多見(jiàn)了，如今城市地鐵、輕軌、磁懸浮包括高速鐵路組成一個(gè)更龐大、更快速的軌道交通網(wǎng)絡(luò)?？萍己孔罡叩囊獢?shù)磁懸浮列車，磁懸浮技術(shù)是采用超導(dǎo)材料，電阻為零，根據(jù)歐姆定律電流非常大，能產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)利用磁極的排斥（或吸引）作用平衡車身的重力使機(jī)車浮起。懸浮之后機(jī)車與導(dǎo)軌不相接觸，不再存在滑動(dòng)或滾動(dòng)摩擦力，只有空氣阻力，而且加速過(guò)程也不靠輪子與軌道間相互接觸產(chǎn)生推力，因而能提高速度。日本、德國(guó)在這一領(lǐng)域暫時(shí)居于領(lǐng)先地位，我國(guó)目前也已掌握了磁懸浮列車的關(guān)鍵技術(shù)，在上海從浦東機(jī)場(chǎng)至陸家嘴建一條長(zhǎng)達(dá)40km的磁懸浮列車示范段，時(shí)速超過(guò)400km，可以在地面上達(dá)到跟飛機(jī)一樣的高速列車線“橫空出世”。

總之，無(wú)論多么精密高級(jí)的交通設(shè)備的基本工作原理大部分都在課本里出現(xiàn)過(guò)。而且在近幾年的中考中常常出現(xiàn)交通工具有關(guān)的試題，這類考試題涉及比較多的有功、能量、功率、機(jī)械效率、壓強(qiáng)等重要知識(shí)點(diǎn)，還會(huì)涉及浮力、速度、參照物、摩擦力、慣性、噪聲、電路、電磁波、光的反射等知識(shí)。我們?cè)谥锌贾幸〉美硐氲奈锢砜荚嚦煽?jī)，就必須熟悉這類考試題所考察的物理知識(shí)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]凌凱汽車資料編寫組.《汽車原理》.北京郵電大學(xué)出版社2005.8

[2]胡元國(guó).“汽車與物理知識(shí)”.《今日中學(xué)生》，2013（Z3）：

[3]王金娜“自行車與物理教學(xué)”《中學(xué)物理》2013，31（5）：91-92

[4]趙洪倫，王文斌，廖彥芳“城市軌道車輛動(dòng)車組耐撞擊設(shè)計(jì)究”《鐵道車輛》，2003，41（12）

[5]袁海國(guó)“物理考試與交通”《初中生世界：九年級(jí)理》，2012（3）