您现在的位置: 教育资源库 >> 教育论文 >> 物理论文 >> 正文

汽车上的力学知识[5151doc]

汽车上的力学知识
作者:孙丽平 文章来源:教育资源库 点击数: 更新时间:2010-12-17

  江苏省前黄高级中学    孙丽平

  摘要:通过对汽车受力、惯性、起动、上坡、车距、转弯、刹车等有关物理知识的研究,帮助学生学会应用理论知识去解决实际问题,培养学生的实践能力。

  关键字:力学知识、汽车问题、课题研究

  物理一直被认为是最实用,与生活联系最紧密的学科之一。物理知识都是从生产、生活、科学实验中概括和总结出来的,是一门实用性极强的学科。把理论知识与实际相联系,不仅能提高动手能力,而且能加深对所学知识的印象,加深理解,巩固记忆。

  平时的教学过程中,要引导学生养成一种“从生活走向物理,从物理走向社会”的良好学习习惯。笔者认为至少需要从两方面入手:一方面,新知识的教学要多以学生的生活实际为起点,应贴近学生生活,引导学生提出问题,分析问题、解决问题,然后进行理性归纳。这样的一个教学过程,实质上是一个很好地促进学生创新意识形成的过程。另一方面,要鼓励、引导学生把理论知识放到生产、生活实际中去检验、巩固,应用理论知识去解决实际问题。这必然有利于学生实践能力的提高。

  但是很多时候我们都忽视了它在生活中基本的应用,而是用脱离实际的“题海”让学生对物理的学习失去兴趣,越来越怕学物理。美国心理学家布鲁纳说:“学习的最好动机,乃是对所学教材本身的兴趣”,这就是说,兴趣是一个人倾向于认识、研究并获得某种知识的心理特征,是推动人们求知的一种内在力量,兴趣必然引起追求和研究,就会导致对事物的深刻认识和理解。

  笔者刚结束高一学年的教学,整理发现有很多汽车的问题可以用高一的力学知识解决。而汽车作为一种现代交通工具,正在逐步进入寻常百姓的消费视线。这一课题必然引起学生的兴趣,把它作为暑期社会实践或是学生分组的课题研究非常合适。一方面:通过这个课题研究让学生提高交通安全意识,了解汽车受力、惯性、起动、上坡、车距、转弯、刹车等有关物理知识;另一方面:以汽车为知识载体的命题,也愈来愈频繁地出现在卷面上。这类习题联系实际生活,用于复习整理高一所学力学知识内容大有裨益,下面就这一课题进行探讨:

  1、 汽车的受力问题

  汽车行驶中的主要阻力来源于地面对车轮的摩擦力(空气对车身的摩擦力相对较小)。那么汽车靠什么力行驶呢?很多同学可能会回答,是因为发动机可以产生驱动力,这样只答对了一半。

  [讨论1]、车轮与动力。汽车前进主要依靠发动机产生的动力,汽车发动机的转动通过变速箱中的齿轮传递到车轮上,使车轮转动,利用车轮与地面间的静摩擦力,推动车子前进。通常产生驱动力的轮子只有两个,或前轮驱动,或后轮驱动,其余两个轮子被拉着或推着前进。其实,在研究汽车行驶的时候,应将汽车看成一个整体(但不能看成一质点),因此发动机的驱动力只是一个内力,显然内力不能使整个物体朝某一方向运动。假设当发动机工作时,其驱动力只是驱动后轮转动(设后轮是主动轮),此时后轮胎边缘相对路面有向后的运动趋势,所以后轮就获得了地面对它的向前的摩擦力,正是这个向前的摩擦力克服了汽车行驶时的阻力从而使汽车向前行驶。前轮是从动轮,在汽车向前运动时其相对路面有向前的运动,所以前轮受到地面对它的摩擦力是向后的。

  另外当发动机关闭后,前后轮所受的摩擦力都向后,都是运动的阻力。汽车匀速前进时牵引力(即驱动力)等于阻力,加速起步时,根据牛顿第二定律应有F-f=ma,即F=ma+f,由于要产生加速度,这时牵引力将大于阻力。

  [讨论2]、充气内胎。汽车轮子使用的是充气的内胎,而古代的车轮往往是实心的木轮或铁轮。实心木轮是依靠固体传递压力,压力都集中在竖直的条辐上,稍有振动,人会感到颠簸猛烈,且车轮易损坏。充气内胎是靠气体传递压强。根据帕斯卡原理,压强将传递到轮胎的各个方向,因此局部的压力不是很大。

  2、 汽车的惯性问题:

  汽车起动时,乘客往后仰;汽车刹车时,乘客向前倾;汽车转弯时,乘客向反方向倾倒,这些都是惯性现象。交通管理部门要求:严禁超载,除了考虑到减小对路面的损坏外,也考虑到质量大,惯性大的因素。汽车设计时,也必须考虑这一问题,安全带、头枕、安全气囊都是应用到惯性原理,而实施的安全措施。

  [讨论1]、安全带和头枕。汽车中安全措施之一是座位上设置有安全带和头枕。交通管理部门规定:司机和前排乘客必须系好安全带。安全带是一种斜系在乘员身上的带子,它在缓慢拉动时很松动,在迅猛抽动时则被卡住,不能拉伸;头枕处在座椅上方乘员的头部位置,是一个固定且表面松软的枕头。当突然发生撞车事故时,乘员会发生情况?为什么?安全带和头枕分别在什么情况下起作用?试讨论一下。

  答:突然发生撞车事故时,司机由于惯性作用,向前倾,此时安全带将起到保护作用。但由于反冲影响,司机会再倒回座位,此时头枕起到保护作用。

  [讨论2]、安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。安装了安全气囊装置的轿车方向盘,平时与普通方向没有什么区别。但一量车前端发生了强烈的碰撞,安全气囊就会在瞬间从方向盘内“蹦”出来,垫在方向盘与驾驶员之间,防止驾驶员的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。这种奇妙的装置自从面世以来,已经挽救了许多人的性命。美国一研究所分析1985年至1993年美国7000多起汽车交通事故,发现有气囊装置的轿车前部撞车,驾驶员的死亡率,大轿车降低了30%,中型轿车降低了11%,小型轿车降低了14%。

  安全气囊的英文缩写字母是SRS,可以在轿车的方向盘看到。其实,安全气囊的正式名称叫“辅助约束系统”(Supplemental Resraint System)。顾名思义,它在约束系统中只是充当配角,是配合主角安全带的。它使用的基本前提是佩带安全带。两者相互配合,可大大降低车祸伤亡率。安全气囊系统在检测出汽车发生碰撞后,充气装置的点火剂燃烧,迅速产生气体使气囊膨胀。气囊像气垫一样阻隔在方向盘、仪表板和前窗之间,前座乘客在撞上气囊时,气囊边泄气边吸收冲击的能量。如果气囊不泄气,乘客反弹回来又会造成二次伤害。因此,气囊从充气到瘪气的工作过程只是弹指间,十分麻利。

  3、 汽车的起动、上坡问题

  [讨论1]、汽车由静止开始起动的实际过程较为复杂,在高中阶段我们可以把它简化成以下两种方式:一种是以恒定功率起动;另一种是恒定牵引力起动。

  当汽车以恒定功率Pe起动时,由Pe=FV知,V增大,F减小;由F-f=ma知a减小,汽车做变加速直线运动。当a=0,即F=f时,汽车达到最大速度,此后汽车做匀速直线运动。

  当汽车匀加速起动时,加速度恒定,但V逐渐增大,由P=FV可知P增大,汽车做匀加速直线。当P=Pe时,匀加速运动结束,由Pe=FV知V增大,F减小;由F-f=ma知a减小,汽车做加速度逐渐减小的直线运动。当a=0,即F=f时,汽车达到最大速度,此后汽车做匀速直线运动。

  [例1] 汽车发动机的额定功率为60kW,汽车质量为5t,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,求:

  (1)汽车以额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少 ?

  (2)汽车从静止开始,保持以0.5m/s2的加速度做匀加速运动这一过程能维持多长时间?

  解析: (1)汽车以额定功率起动,先做加速度减小\速度增加的变加速运动,当a=0时做匀速直线运动,此时速度最大Vm,则有F=f=kmg  Pe=FVm

  所以Vm=12m/s

  (2)汽车以恒定加速度起动,功率随速度增大而增大,V在达最大值之前,经历了两个过程:先是匀加速,然后是变加速运动。当功率达到额定功率时, Pe =FV1,设保持匀加速运动的时间为t,匀加速能达到最大的速度为V1。根据牛顿第二定律和运动规律得 F-kmg=ma;  V1=at;  P= Pe =FV1

  代入数据解得t=16s

  对汽车的起动问题,首先要搞清楚是以什么方式起动,然后分析运动过程中各物理量的变化情

——本文来自[教育资源库]edu.5151doc.com收集与整理,感谢原作者。
本文版权归原作者所有,如需转载或摘录请注明出处:教育资源库 http://edu.5151doc.com

文章录入:魅力教师    责任编辑:5151doc 
【字体: 】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口
| 设为首页 | 加入收藏 | 联系站长 | 在线投稿 | 版权申明 | 网站登陆 |