生活中的物理校本教材

銅梁一中物理校本課程生活中的物理銅梁一中物理校本課程生活中的物理第244頁 校本教材（物理學科）生活生產(chǎn)中的物理理生活生產(chǎn)中的物理理主編：郭光全編委成員：楊澤偉陸洪云肖楓冉建容黃傳雨楊瓊李成兵江孝濤王雪梅張祖義陳明佳蔣紅梅田豐兵張勇李永王林中熊在華謝明黃偉李云飛前言校本課程是高中教育課程改革的組成部分，是實施素質(zhì)教育的有效途徑。我校依據(jù)國家新課程實施要求，為了培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、拓寬學生的知識視野。我們充分發(fā)掘利用生活生產(chǎn)中的教學資源，引導學生關(guān)注生活，學以致用，培養(yǎng)一種科學探究事物規(guī)律的精神，積極做好我校高中物理校本課程開發(fā)和實驗工作。人類生活是許多自然規(guī)律、人文知識的體現(xiàn)，而掌握自然規(guī)律知識的作用就在于其來源于生活而又作用于生活，進而改變生活。物理作為一門自然科學在這一方面顯得尤為重要。物理規(guī)律現(xiàn)象可以說處處貫穿于我們的生活中。而長期以來傳統(tǒng)教學中關(guān)于物理知識的應用都忽略了生活生產(chǎn)這一環(huán)節(jié)，以致使許多人認為物理學而無用，因而對生活生產(chǎn)中的物理現(xiàn)象也就理所當然的視而不見，從而造成了實際生活生產(chǎn)與書本知識的脫離?！渡钌a(chǎn)與物理》校本課程方案的擬定和課程的開發(fā)是以“關(guān)注生活，勇于探究，學以致用，促進發(fā)展”為宗旨，以生活生產(chǎn)為對象，以物理探究方法，積極組織引導全校學生親近生活，了解生活，探究生活。營造良好的探究學習的氛圍，讓學生感到物理離我們很近，并會從日常生活生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)物理知識、并能應用物理知識改善我們的生活。本課程以課改為載體，堅持“科研興?！?，走探究式學習之路，以“關(guān)注生活，勇于探究，學以致用，促進發(fā)展”為宗旨，全面落實素質(zhì)教育，讓師生與課改共同成長。具體目標如下：（1）知識與技能：使學生帶著物理的眼光走進生活，激勵同學們認真研究生活，并在研究過程中積累知識，拓展視野，形成務實的探索精神。讓教師在校本課程開發(fā)和實施中，發(fā)展教研和科研水平，形成一支良好的校本課程開發(fā)和實施的教師隊伍。（2）過程與方法：通過提供信息資源，創(chuàng)設情境，進行課堂教學及課后活動，引導學生認識物理與生活生產(chǎn)的關(guān)系。掌握探究問題的方法，學會素材收集整理，學會原理分析，提高處理信息的能力和解決問題的能力。（3）情感與價值觀：積極營造探究學習的氛圍，培養(yǎng)學習物理的興趣。目錄第一章生產(chǎn)生活中的力學第一節(jié)、生產(chǎn)生活中的摩擦……1課時第二節(jié)、生產(chǎn)生活中的慣性……1課時第三節(jié)、自行車中的物理知識……1課時第四節(jié)、過山車中的物理知識……1課時第五節(jié)、江河大堤與水庫大壩……1課時第六節(jié)、汽車安全氣囊系統(tǒng)組成及其工作原理………1課時第七節(jié)、交通中的物理學……1課時第八節(jié)、體育中的物理……1課時第九節(jié)、生產(chǎn)生活中的杠桿……1課時第十節(jié)、生產(chǎn)生活中的浮力……1課時第十一節(jié)、載人航天三大難題……1課時生產(chǎn)生活中的熱現(xiàn)象和聲音第一節(jié)、霧、露水、霜、雪的形成……1課時第二節(jié)、雷雨中的物理知識……1課時第三節(jié)、熱的傳導、對流、輻射在生活中的應用…………1課時第四節(jié)、鍋爐、蒸汽輪機的構(gòu)造及工作原理………………1課時第五節(jié)、柴油機、汽油機的構(gòu)造及工作原理………………1課時第六節(jié)、聲音的產(chǎn)生、傳播、分類……1課時第七節(jié)、超聲波的應用……1課時第三章生產(chǎn)生活中的電學第一節(jié)、用電常識及其人觸電的實質(zhì)……1課時第二節(jié)、輸電線上的電能損失……1課時第三節(jié)、家用照明電路的安裝……1課時第四節(jié)、靜電現(xiàn)象的應用與防止……1課時第五節(jié)、電風扇電吹風工作原理……1課時第六節(jié)、電飯鍋工作原理及保養(yǎng)常識……1課時第七節(jié)、空調(diào)、冰箱的構(gòu)造及工作原理……1課時第八節(jié)、微波爐的工作原理……1課時第九節(jié)、無線電磁波的發(fā)射和接收以及生活中的應用…1課時第十節(jié)、磁懸浮列車…………………1課時第十一節(jié)、GPS－全球定位系統(tǒng)……1課時第四章生產(chǎn)生活中的光學第一節(jié)、光的產(chǎn)生、傳播以及怎樣才能看見物體…………1課時第二節(jié)、身邊的光的反射、折射現(xiàn)象……1課時第三節(jié)、近視眼鏡、老光眼鏡的應用原理………………1課時第四節(jié)、望遠鏡、顯微鏡的構(gòu)造及使用原理………………1課時第五節(jié)、生活中的色散現(xiàn)象和單色光的獲取………………1課時第六節(jié)、激光的產(chǎn)生和應用……1課時第七節(jié)、照相藝術(shù)……1課時第一章生產(chǎn)生活中的力學第一節(jié)生產(chǎn)生活中的摩擦我們學過：摩擦是在相互接觸的物體面上發(fā)生阻礙物體相對運動的現(xiàn)象。阻礙物體相對運動的力叫做摩擦力，根據(jù)不同的情況摩擦分為靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦。摩擦在實際生活中的例子也很多，演奏二胡需要摩擦，抓住物體需要摩擦，皮帶傳動需要摩擦，鐵釘固定在墻上也要靠摩擦。但摩擦也會給人帶來麻煩。例如：機器開動時，滑動部件之間摩擦而浪費動力，還會使機器的部件磨損，縮短壽命。我們有時希望地球上從來就沒有摩擦力，但如果真的沒有摩擦力，人們的生活又會發(fā)生什么樣的變化呢？

假如沒有摩擦，早上你能從床上爬起來嗎？假如沒有摩擦，吃飯時你的筷子能夾起食物嗎？假如沒有摩擦，你能像平常一樣走路嗎？假如沒有摩擦，你能坐在教室里讀書寫字嗎？

……假如沒有摩擦，我們的生活將完全亂套，下面就舉一些生活中常見的摩擦加以說明。一、教室里的摩擦課堂上，我們握住筆寫字時，手與筆間存在靜摩擦；學生用圓珠筆、鋼筆或者鉛筆寫字，老師用粉筆寫字，這些筆與紙（黑板）間就存在摩擦，而且圓珠筆尖與紙間的是滾動摩擦，另外的是滑動摩擦；當寫了錯字用橡皮或粉擦擦去時，橡皮（粉擦）與紙（黑板）間存在滑動摩擦；用鉛筆刨刨鉛筆時鉛筆與鉛筆刨之的摩擦屬于滑動摩擦；吸在磁性黑板上的各種圖標與黑板間也有摩擦，而且是一種靜摩擦。打掃衛(wèi)生時，衛(wèi)生用具與地面墻面窗戶等的接觸面上也存在摩擦。二、自行車中的摩擦自行車的輪胎是圓形的，這使得在行駛時輪胎與地面間的摩擦為滾動摩擦，從而在一定程度上減小摩擦；把手和輪胎上都有花紋，這顯然是為了通過是接觸面變粗糙從而增大有益摩擦；車軸上加有潤滑油，車輪軸上裝有滾動軸承，則都有同樣的目的——減小摩擦；急剎車時剎車皮與鋼圈間是滑動摩擦，而且剎車捏得越緊剎車皮對鋼圈的壓力就越大，兩者間的摩擦力也就越大。三、傳送帶上的摩擦傳送帶的轉(zhuǎn)軸處要經(jīng)常加潤滑油，皮帶上也經(jīng)常要打皮帶蠟，這些都是為了使接觸面盡量光滑以減小摩擦；傳送帶在正常的傳動時，轉(zhuǎn)輪與皮帶間存在靜摩擦；傳送帶打滑時，轉(zhuǎn)輪與皮帶間的摩擦則變?yōu)榛瑒幽Σ?。四、飯桌上的摩擦我們能夠拿起筷子或者刀叉，就是因為手與筷子或刀叉間存在靜摩擦，要不我們就不能輕而易舉地完成這看似極其簡單的舉動了；我們能夠用筷子或叉子夾起叉起事物是因為事物與它們之間存在靜摩擦；我們?nèi)绻玫肚懈钍挛?，那么事物與刀之間便存在滑動摩擦。五、體育場上的摩擦足球、籃球、鉛球等球類在地上滾動時，與地面間存在滾動摩擦；我們?yōu)槭裁纯梢员捡Y在田徑場上，這功勞應該歸于鞋底與地面間的靜摩擦；投鉛球、擲標槍時，手與它們接觸時因為有摩擦才不會滑出去；爬竿時，使人向上爬的力就是人與竿間的摩擦力；體操運動員在手上涂鎂粉是為了增大摩擦，做動作時握杠不能太緊是為了減小摩擦；游泳時，人與水之間也存在摩擦。六、神州五號上的摩擦楊利偉在飛船上的一系列動作也都離不開摩擦；當神州五號由太空返回地面進入大氣層時，它與大氣層間也存在摩擦并能產(chǎn)生大量的熱，所以神州五號的外殼使用的是一種耐高溫的特殊材料。當然，在實際生活中還存在著很多摩擦，可謂不勝枚舉。我們只要留心觀察，就不難發(fā)現(xiàn)摩擦就在我們身邊，物理就在我們身邊。摩擦力不然是阻礙物體運動的進行。在有些情況下，摩擦力是用于推動物體運動所需的力?！蛭覀冏呗窌r，鞋底對地面向后施力，因摩擦而產(chǎn)生向前的作用力，因此得以行走。如果改在冰面上步行時，則因摩擦力過小而難走動?！蚴忠源笮〔蛔冎樟ξ兆A柱形空玻璃杯，使林口保持水平向上并逐漸將開水注入。若杯子始終呈靜止，則手之握力、變化的杯重、與摩擦力間有何關(guān)系？試詳述其理由。拿筷子挾鹵蛋，筷子之表面必須稍微粗糙不宜太光滑，才能靠摩擦力幫忙把鹵蛋送入口中；磨刀石與刀子間適當?shù)哪Σ亮Σ拍苁沟蹲幽サ糜挚煊至?。◎有許多機械的設計也都利用摩擦來傳遞動力，例如汽車內(nèi)的飛輪是利用皮帶和輪槽間的摩擦來傳動，用於驅(qū)動風扇、發(fā)電機等。為避免打滑，這些皮帶的內(nèi)面還鑄成齒狀，以增強摩擦。那么影響摩擦力大小有什么因素呢？1、摩擦力的大小與接觸面間的壓力大小有關(guān)，接觸面粗糙程度一定時，壓力越大摩擦力越大。生活中我們有這樣的常識，當自行車車胎氣不足的時候，騎起來更費力一些。

2、摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)，壓力一定時，接觸面越粗糙，摩擦力越大。

比如鞋底和輪胎的花紋。汽車在路面行駛時，輪胎與粗糙的柏油路面接觸，這樣摩擦力就能增大。汽車行駛在雪、水的路面，摩擦力就會減小。所以雨、雪天就要注意安全。汽車也是利用輪胎與地面之間的摩擦力而得以行進。當汽車的引擎運轉(zhuǎn)時，帶動輪子轉(zhuǎn)動，輪子和地面的接觸點對地面向后施力，因此輪子獲得一向前的摩擦力，推動汽車前進。情景1：普通汽車（驅(qū)動輪在后）勻速運動時，前輪和后輪所受的摩擦力方向分析。⑴驅(qū)動輪與從動輪分析：如果把普通汽車支起，開動發(fā)動機，知道前、后輪如何運動嗎？(后輪轉(zhuǎn)動，前輪不動。)如果對汽車不太熟悉，大家可以想一下自行車，把自行車支起，騎車時，兩輪如何運動？(后輪轉(zhuǎn)動，前輪不動。)后輪是主動地轉(zhuǎn)，是驅(qū)動車子前進的輪，我們稱為驅(qū)動輪，前輪是從動輪。⑵前輪摩擦力方向分析：(雖然滾動摩擦的本質(zhì)是力矩，但在中學范圍內(nèi)仍可等效為一個力。)滾動的足球所受的摩擦力是什么方向？(向后。)根據(jù)什么判斷？(物體運動狀態(tài)變化)前輪所受的摩擦力是什么方向？(向后。)⑶后輪摩擦力方向分析：汽車開動時，后輪與地面之間發(fā)生相對滑動嗎？汽車在什么情況下后輪才打滑，這時汽車還能前進嗎？(雪地里、沙灘上、泥坑里，打滑時汽車不能前進。)后輪與地面的摩擦是滑動摩擦還是靜摩擦？(靜摩擦。)如果是靜摩擦，必定存在相對運動趨勢，汽車相對于地面的相對運動趨勢是什么方向？現(xiàn)在請大家把手團成圓形，在海綿上轉(zhuǎn)，看到什么？說明什么？(海綿向后傾斜，說明車輪相對于地面有向后運動的趨勢。)車輪對地及地對車輪的摩擦力方向如何？(車輪對地的摩擦力方向向后，地對車輪的摩擦力方向向前。)大家的分析是否正確，我們用實驗來驗證一下.提供以下器材:玩具汽車1輛,木板1塊,圓柱形鉛筆若干。情景2：賽車分析⑴賽車特性分析：賽車與普通汽車有什么區(qū)別？(賽車四個輪子都是驅(qū)動輪。)請用玩具賽車做一演示。⑵賽車前，后輪摩擦力方向分析：賽車前，后輪所受的摩擦力是什么摩擦？(靜摩擦。)前、后輪所受的摩擦力方向如何？(均向前。)情景3：關(guān)閉油門后的汽車前后輪的摩擦力方向分析關(guān)閉油門后的汽車前后輪的特點是什么？(都是從動輪。)所受摩擦是什么摩擦，摩擦力方向向哪？(均為滾動摩擦，方向向后。)煞車系統(tǒng)大家都可能注意到火車或游覽車、貨車等較重車輛煞車停止時，都會發(fā)出巨大類似嘆氣之響聲。這一響聲是來自動力煞車系統(tǒng)，于煞車完成后釋放壓縮空氣所造成。動力煞車系統(tǒng)有真空動力煞車系統(tǒng)與壓縮空氣動力煞車系統(tǒng)兩種，它們都能造成巨大壓力，并將其傳遞到輪子之煞車鼓(或煞車碟)的接觸面積上。因為壓力強度越大正向接觸力就越大，此接觸方便產(chǎn)生強大的摩擦力，終使車輪能于短時間內(nèi)停止?jié)L動，而改以滑動摩擦的方式來阻止車子之前進。如何防止煞車失靈

摩擦會生熱，雖然設計上及材料上都考慮了散熱效果，但在緊急煞車或下坡路段長時間連續(xù)使用煞車時，溫度的升高仍然經(jīng)常造成煞車失靈現(xiàn)象，為維持煞車之正常運作，有些車輛裝有噴水設施來降溫，而有經(jīng)驗的駕駛在緊急煞車時都會采用連踩數(shù)腳的煞車動作來防止。火車在啟動時為何要先倒車在通常情況下，若火車各節(jié)車廂之間的掛鉤拉得很緊。牽引力必須克服整列火車與鐵軌的最大靜摩擦力才能啟動。當火車很重時，最大靜摩擦力很大，啟動困難。若先倒車，可使車廂之間的掛鉤松弛，再往前開動時，車廂是逐節(jié)被啟動的。當?shù)谝还?jié)車廂被啟動時，只需克服第一節(jié)車廂的最大靜摩擦力，所需的牽引力??；當?shù)诙?jié)車廂啟動時，只需克服第二節(jié)車廂的最大靜摩擦力和第一節(jié)車廂的滾動摩擦力，由于滾動摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)，即滾動摩擦力小于最大靜摩擦力，所需的牽引力小于同時啟動兩節(jié)車廂的最大靜摩擦力。依此類推，當最后一節(jié)車廂被啟動時，只需克服最后一節(jié)車廂的最大靜摩擦力和前面車廂的滾動摩擦力，所需的牽引力小于整列火車的最大靜摩擦力，因此容易使火車開出?；疖囶^能做得輕便些嗎？這可不行！原因倒不是因為材料和技術(shù)不允許，而是，火車頭一旦做的輕了，它對后面車廂的拉力就會明顯減少?；疖囶^對車廂的拉力來源于火車車輪和鐵軌之間的摩擦力。當火車前進時，車輪向后推鐵軌，鐵軌反過來向前推車輪。這個相互推的力產(chǎn)生在車輪與鐵軌相接觸的地方，叫做摩擦力。摩擦力的大小與兩物體（車輪與鐵軌）壓緊的力的大小有關(guān)，若是火車頭做的輕便了，那么這個壓緊的力就減小了，火車就拉不動后面的車廂了。流體的摩擦1.和流體的性質(zhì)有關(guān)，例如物體在水中時的摩擦力就比在空氣中時為大。2.和固體摩擦力不同的是：流體摩擦力與物體在流體中的運動速度與接觸面積的大小有關(guān)。物體的速度愈大，或接觸面積愈大，則所受到的流體摩擦力就愈大。3.機車、汽車、火車、飛機等在高速行駛時，空氣之摩擦力或空氣阻力就變得很重要，其克服的方法為將運動體作流線型化的設計?？墒且蛊淠馨踩奋囃Ｖ梗陀直仨氁揽磕Σ列再|(zhì)作出妥善的煞車設計。第二節(jié)生活中的慣性慣性是物體的一種特性，是指物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)。生活中有很多應用，如通過拍打可以讓衣服運動，而灰塵由于慣性將離開衣服；洗衣機脫水時，水由于慣性而被甩出，錘頭松了，錘柄在地上撞幾下，錘頭就緊緊套在錘柄上等；同樣，慣性在生活中也會產(chǎn)生很多危害，如汽車剎車總要前進一段距離才能停下，車內(nèi)的人將會向前沖出等，故為了防止慣性的危害我們要采取一定措施，如車前排的乘客要系好安全帶，雨雪天要減速慢行等。慣性現(xiàn)象在日常生活中十分常見，在學習中要注意細心觀察，認真領(lǐng)會，用所學慣性知識解決相關(guān)的物理問題．在充分利用慣性為我們生活服務的同時，也要防止因為慣性給我們帶來的危害．如射衛(wèi)星所需的推力不但與衛(wèi)星所受重力和發(fā)射的傾角有關(guān)，而且還與發(fā)射方向和發(fā)射地點的緯度有關(guān)。按照赤道上某點計算，地球由西向東以460m/s的速度轉(zhuǎn)動．如果火箭向東發(fā)射，就可以利用地球自轉(zhuǎn)的慣性節(jié)省推力．隨著地球緯度的變化，各處轉(zhuǎn)動的線速度也不一樣，地球轉(zhuǎn)動線速度在赤道處最大，而在南北極最小，幾乎為零．所以，發(fā)射地點的緯度越高，所需火箭推力也越大。在赤道附近順著地球自轉(zhuǎn)的方向發(fā)射最為省力．怎樣利用物理方法，判斷一只雞蛋是生的還是熟的？（一）把雞蛋放在桌上，用手把雞蛋迅速扭動。離手后觀察它的轉(zhuǎn)動情形：如果雞蛋轉(zhuǎn)動得很順利，則為熟雞蛋；反之，如果轉(zhuǎn)動得不順暢的，則為生雞蛋。因為熟蛋被扭動時，蛋白蛋黃全部一同被扭動，故轉(zhuǎn)得順利。反之，生蛋被扭動時，只是蛋殼受力，而蛋白和蛋黃幾乎未受力。由牛頓第一定律（慣性定律）可知，蛋白和蛋黃因慣性幾乎停留不動。于是，蛋殼的轉(zhuǎn)動就被蛋白拖慢了。（二）待雞蛋轉(zhuǎn)動一段時間之后，突然按停雞蛋瞬間，并立即縮手。如果縮手后不再轉(zhuǎn)動的，則為熟蛋；反之，縮手后能自動再轉(zhuǎn)幾下的，則為生蛋。因為熟蛋被按停時，蛋殼、蛋白和蛋黃都全部停止，縮手后就繼續(xù)靜止。反之，生蛋在按停時，只是蛋殼暫時停止，但蛋白和蛋黃因慣性仍然轉(zhuǎn)動。故縮手后，能帶動蛋殼重新再轉(zhuǎn)幾下。慣性會改變之謎物體不但平動的時候有慣性，轉(zhuǎn)動的時候也有慣性。比如，花樣滑冰運動員在冰上作旋轉(zhuǎn)動作，兩腿停止用力以后，身子還能疾速地轉(zhuǎn)個不停。這就是轉(zhuǎn)動慣性，芭蕾舞演員也常常利用轉(zhuǎn)動慣性，使身子旋轉(zhuǎn)起來。進一步觀察，我們還會發(fā)現(xiàn)，在運動的過程中，轉(zhuǎn)動慣性的大小是可以改變的?；踊\動員在旋轉(zhuǎn)的過程中，速度可以加快，也可以放慢。運動員收攏雙臂和懸著的那條腿，轉(zhuǎn)動速度就加快；平伸雙臂，腿也伸開，轉(zhuǎn)動速度明顯地慢了下來。你知道這是什么原因嗎？平動物體慣性的大小僅與物體質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量大慣性也大，質(zhì)量小慣性也小。轉(zhuǎn)動物體的慣性，不但與質(zhì)量的大小有關(guān)，而且與質(zhì)量的分布有關(guān)，質(zhì)量分布離轉(zhuǎn)動軸遠，慣性就大，質(zhì)量分布離轉(zhuǎn)動軸近，慣性就小。花樣滑冰運動員旋轉(zhuǎn)的時候，兩臂平伸，伸開一條腿的時候，身體的一部分質(zhì)量就轉(zhuǎn)移到離轉(zhuǎn)動軸比較遠的地方，轉(zhuǎn)動慣性增大，旋轉(zhuǎn)速度就慢；收攏手臂和腿的時候，這部分質(zhì)量就轉(zhuǎn)移到離轉(zhuǎn)動軸比較近的地方，轉(zhuǎn)動慣性減小，旋轉(zhuǎn)速度就明顯地加快。慣性新說所謂慣性新說，不是否定和揚棄傳統(tǒng)的慣性理論，再炮制一套新的東西，而是在原有慣性理論的基礎上，對慣性理論作修正錯誤的論斷和補充新的內(nèi)容。自從伽利略、笛卡兒、牛頓等科學大家，提出、創(chuàng)立了慣性理論，為牛頓三定律打下了理論基礎，最終成就了牛頓力學。然而，我們應用牛頓力學時，總感到有一種說不清、叫不硬、繞不過的東西存在于慣性理論中。這不能不說是慣性理論還不完善，還有需要探究和解決的問題。需要指出，現(xiàn)在慣性理論中的問題對牛頓力學的應用影響不大，但有問題不解決總不是科學自身的態(tài)度和訴求。再者，學物理就涉及慣性，而慣性知識在力學中是個老大難問題，教師難教，學生難學，教師和學生都存在著難以釋懷的疑問和困惑，最后大家被標準答案壓制服從而不能化解疑問，其結(jié)果不能不說有磨滅青少年的探索欲望和創(chuàng)新精神的可能。一、理論解釋中的問題在各種中學教學輔導書及慣性理論的論文中，關(guān)于慣性的表述是有變化和差別的，綜合一下，大體上可歸結(jié)為下面所述的慣性定義和解釋：慣性的定義：一切物體都有保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫做慣性。慣性的解釋（或推論）：1、慣性是物體的固有屬性，它與物體的運動狀態(tài)、受力情況無關(guān)。2、慣性不是力，即不是反抗物體運動狀態(tài)改變的力。3、當物體所受的外力為零時，慣性表現(xiàn)為保持物體的運動狀態(tài)不變；當物體所受的外力不為零時，慣性表現(xiàn)為外力改變物體運動狀態(tài)的難易程度。4、物體的慣性大小是由質(zhì)量惟一決定的，質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小。本文認為：慣性的定義沒有問題；慣性的解釋有一些問題，具體表現(xiàn)為論斷有錯誤和表述不恰當。有關(guān)慣性問題可陳述為下列疑問：（一）慣性大小是由物體質(zhì)量惟一決定的疑問：設甲乙兩物體的質(zhì)量比為1比10，加速度比為10比1，顯而易見，兩物體上的外力相等，也就是外力改變兩物體的運動狀態(tài)難易程度相同，如何解釋這兩個物體的質(zhì)量不同卻有相等的慣性大??？（二）慣性在物體運動狀態(tài)不變和變化的過程中始終相同的疑問：物體的運動狀態(tài)從不變到變的某一連續(xù)過程中，物體的運動狀態(tài)不變時，是因為物體有慣性，物體的運動狀態(tài)變化時，物體上的慣性還是原先的慣性嗎？若還是原先的慣性，但物體已經(jīng)不是原先的運動狀態(tài)，慣性保持物體原先的運動狀態(tài)的性質(zhì)如何體現(xiàn)？（三）慣性不表現(xiàn)為力（慣性表現(xiàn)為力不等于說慣性是力）的疑問：慣性若不表現(xiàn)為力，它又怎么使外力改變物體的運動狀態(tài)時有難易程度？它如何反抗物體運動狀態(tài)的改變？二、慣性在兩種情況下表現(xiàn)不同當物體不受外力（合力為零）作用時，慣性表現(xiàn)為物體保持運動狀態(tài)不變；當物體受外力（合力不為零）作用時，慣性表現(xiàn)為外力改變物體運動狀態(tài)的難易程度。這就是說，一個物體的慣性，在兩種情況中有不同的表現(xiàn)：一是物體不受力時的慣性表現(xiàn)；二是物體受力時的慣性表現(xiàn)。多少年來，關(guān)于慣性的認識和理解存在著模糊和偏頗，癥結(jié)就在這里：一是把兩種情況混為一談，籠統(tǒng)地說慣性；二是也區(qū)分兩種情況，但認為兩種情況是同一慣性。因此，不把慣性分為兩個層面來研究，分兩種情況來討論，就不能正確認識慣性。先說第一種情況，物體在靜止或勻速直線運動狀態(tài)時，慣性的“任務”是保持這種狀態(tài)不變，這是一種純粹的性質(zhì)使然，不需要力或別的什么參與。此時的慣性就是一種事物性質(zhì)，談不到它的大小，也說不出慣性它是有什么方法、什么手段、什么力量來“保持”運動狀態(tài)不變的。再看第二種情況，慣性是外力改變物體運動狀態(tài)的難易程度這句話表明，外力對物體運動狀態(tài)改變的難易程度就不是“大”與“小”兩個字所能概括，而是一個有變量的函數(shù)。同一個物體，物體運動狀態(tài)改變小就容易，需用的外力就小；物體運動狀態(tài)改變大就難，需用的外力就大。這是因為慣性要保持物體原有的運動狀態(tài)，就要抵抗外力對運動狀態(tài)的改變，此時的慣性發(fā)生了變化，轉(zhuǎn)化為“慣性力”。慣性保持物體原來的運動狀態(tài)不變，只能在不受外力的情況下，物體受外力后，慣性就不能保持原來的運動狀態(tài)了。慣性在運動狀態(tài)被迫改變時它要做的事：不使外力的侵犯行為不付出代價——它要受到慣性反抗的對等的力。因此，慣性在物體運動的兩種情況中的“保持”，應該是表示慣性的存在，不是維持的意思。對于第二種情況中的慣性表現(xiàn)，有的書中也用“維持”表述，但終究不能明確而合理地說明問題。物體受外力作用時，若外力不變，慣性保持原有運動狀態(tài)的力也不變；若外力加大（或變?。?，慣性保持原有運動狀態(tài)的力也變大（或變?。?。慣性是如何轉(zhuǎn)化為慣性力的，請看下面例子：許多人都有這樣的經(jīng)驗，松動的錘頭在硬地面上蹾幾下，錘頭就能套緊在錘柄上。手拿錘頭與錘柄同時向下蹾，錘柄遇障礙突然停止運動，錘頭沒遇障礙因慣性還要向下運動，但錘柄與錘頭間要產(chǎn)生摩擦力阻礙錘頭運動。這個摩擦力就是改變錘頭原來運動狀態(tài)的外力。錘頭的慣性要保持原來的運動狀態(tài)，就轉(zhuǎn)化為克服摩擦力的慣性力作用在錘頭上（相當于別物體敲擊在錘頭上），從而使錘頭套緊在錘柄上。三、慣性的大小表現(xiàn)為力在一個光滑的平面上用手推一物體，若物體的慣性只是某種性質(zhì)而與力無關(guān)，那么推物體的力就不成立。因為力總是成對的互相作用，不存在無反作用力的單獨的力。若慣性不表現(xiàn)為力的作用，推任何質(zhì)量的物體也跟出手打空拳一樣，沒有被推物輕重的感覺，也就無從談起用多大力了。認為慣性只是物體的一種性質(zhì)，又何談它的大小呢？慣性有大小是肯定的，但不能無原則地說慣性的大小與質(zhì)量有關(guān)。既然慣性的大小與速度的大小無關(guān)，那就與物體靜止時的質(zhì)量大小無關(guān)，因為物體的靜止與勻速直線運動的慣性是“相同”的。實際上，用質(zhì)量大小來衡量慣性大小是有條件的，只有在兩物體的加速度相等時才能成立，可是卻沒有在“慣性大小由質(zhì)量惟一決定”的論斷中發(fā)現(xiàn)加速度的蹤影。在地面上靜止的兩個物體，一個質(zhì)量為1千克，另一個為10千克。一個人用力分別拉它們，使它們的運動狀態(tài)變化相同，即在相同時間內(nèi)保持相同的速度。顯而易見，他拉大的物體感到難而用力大，拉小的物體感到易而用力??；若他用同樣的力拉它們，當然他感到難易程度相等，但二者的速度不能相同，顯然質(zhì)量大的速度小，質(zhì)量小的速度大。這個例子可以證明，物體受外力作用，其慣性保持物體運動狀態(tài)的難易程度，不僅與質(zhì)量有關(guān)，而且與加速度有關(guān)。慣性的大小既然與加速度和質(zhì)量都有關(guān)系，也就是與牛頓第二定律有關(guān)系，或者說慣性的大小決定于牛頓第二定律，其定量描述必然順理成章。慣性與慣性的大小是兩個不同的概念，慣性的“性質(zhì)”不可以量度，慣性的大小可以量度。相同質(zhì)量的兩輛汽車，以不同的速度行駛。假設一車的速度為每秒1米，另一車的速度為每秒5米，兩車同時剎車，若兩車用相等的剎車力，則兩車的加速度相同，慣性大小相同，但快車的剎車距離要大；若兩車的剎車距離相等，則快車的剎車力大，加速度大，其慣性也大。這個例子同樣證明，當質(zhì)量相同的兩車運動狀態(tài)變化相同時，兩車的慣性大小相同；當兩車的運動狀態(tài)變化不同時，兩車的慣性大小不同，毫無疑問，加速度大的慣性大，加速度小的慣性小。上面的例子也就是人們常說的速度快的車慣性大，這樣說當然是不正確的，因為慣性的大小與速度無關(guān)。但我們也要理解這是一種習慣的省略的說法（就像把上醫(yī)院看病說成看醫(yī)生一樣），人們說慣性大小的本意還是指剎車時的慣性表現(xiàn)，因為汽車不能總是以某一速度行駛。四、慣性理論的補充慣性問題之所以存在許多混亂，是因為慣性理論除了有錯誤的論斷外還有表述麻煩問題。本文為解決這個問題，針對物體運動狀態(tài)不變和受外力運動狀態(tài)變化的兩種狀態(tài)及慣性的不同表現(xiàn)，引入“慣性常態(tài)、“慣性變化態(tài)”、“慣性原因”、“慣性作用”等新概念來簡化并準確表述。物體處于靜止或勻速直線運動的狀態(tài)叫做慣性常態(tài)。這是物體慣性的基本狀態(tài)。物體在這種狀態(tài)下，若沒有外力的作用，將永遠保持這種狀態(tài)。物體在慣性常態(tài)下的慣性只能作定性描述，不能定量描述，因為無法衡量慣性的大小。物體在慣性常態(tài)時，慣性的大小與速度（直線勻速）的大小無關(guān)，不因不同的速度有不同的物理量；與物體靜止時的質(zhì)量大小無關(guān)，不能說質(zhì)量大者慣性大，質(zhì)量小者慣性小。物體的運動狀態(tài)變化時，慣性反抗改變的狀態(tài)叫做慣性變化態(tài)。物體處于慣性變化態(tài)時，慣性要反抗物體原來運動狀態(tài)被外力改變就要產(chǎn)生與外力對等的力（反作用力）。只有處于慣性變化態(tài)的物體的慣性，才能具體地說出慣性的大小，作定量描述。慣性變化態(tài)隨物體上的外力消失而消失，回到慣性常態(tài)。物體的兩種不同運動狀態(tài)（即運動狀態(tài)不變和運動狀態(tài)變化的兩種狀態(tài)）用兩種慣性狀態(tài)表述，不過是簡化語言的等效代換，若使慣性在物體的兩種運動狀態(tài)下不同的慣性表現(xiàn)易于區(qū)分，還要用新的概念來表述。物體的運動狀態(tài)不變時的慣性表現(xiàn)，可稱為“慣性原因”，即物體保持運動狀態(tài)不變的原因是慣性；物體的運動狀態(tài)變化時的慣性表現(xiàn)，可稱為“慣性作用”，即物體反抗外力改變自己的運動狀態(tài)是慣性的作用。這樣，既區(qū)分了兩種不同狀態(tài)的慣性，也不因慣性反抗成為慣性力而忽略了慣性。五、慣性與牛頓三定律長期以來，人們似乎認為慣性僅與牛頓第一定律有關(guān)。實際上，慣性與三個定律都有關(guān)系。牛頓第二定律表示力與運動的關(guān)系，實際上還有另一種關(guān)系——外力與慣性力的關(guān)系。前面說過，物體受外力時，慣性反抗運動狀態(tài)的改變轉(zhuǎn)化為慣性力。慣性力始終伴隨外力，因外力的存在而存在，因外力的變化而變化。牛頓第二定律的表達式既是外力作用的表達式，也是慣性力的表達式。從這個意義上說，慣性與第二定律的關(guān)系不遜于慣性與第一定律的關(guān)系。如果說牛頓第一定律也叫做慣性定律，那么牛頓第二定律除叫做運動定律外，也可以叫做慣性力定律。慣性與第三定律的關(guān)系也很密切，使物體運動狀態(tài)改變的外力與慣性轉(zhuǎn)化的慣性力之間正是一對作用力與反作用力的關(guān)系。人們總抱怨慣性力找不到反作用力（這也是說慣性力是虛擬力的理由之一），卻忽略了使物體有加速度的外力沒有反作用力（不承認有慣性力時）?？梢哉f，慣性與牛頓三定律密切相關(guān)，它是牛頓三定律的理論基礎。六、關(guān)于慣性力慣性力問題，也是一個長期爭論的問題。在中學《物理》和大學《普通物理學》課程中，不承認有慣性力。在大學機械專業(yè)及其他有關(guān)專業(yè)中，有一門叫做《理論力學》的課程，其中有“慣性力”并且是重要內(nèi)容。但依據(jù)傳統(tǒng)說法的《理論力學》不承認慣性力是一個真實的力，說它是一個虛擬的假想的力。這種認識的依據(jù)是：慣性力不符合力的定義。誠然，把握概念離不開定義，但如果力的定義是一個狹義的定義，就不要受其束縛而應該從廣義的角度來考慮?！独碚摿W》中慣性力的定義：物體受外力作用而改變運動狀態(tài)時，物體的慣性反抗這種改變而對施力物體的反作用力，叫做慣性力。結(jié)束語慣性與我們每個人都有關(guān)系，甚至說與我們生活和工作都密切相關(guān)。你駕馭機動車，你站在行駛的公交車內(nèi)，你在光滑的冰雪地面上行走，你從事體育運動等等，都能感受到慣性和慣性力的作用?？梢哉f，不管從事何種工作，明確清晰地理解慣性和慣性的作用，對我們在運動中的安全是有益而無害的。本文最后申明：一、物體運動狀態(tài)不變和變化的兩種狀態(tài)中，慣性的表現(xiàn)不同；二、慣性有具體的大小，它的大小由質(zhì)量與加速度共同決定；三、慣性不是力，但能夠轉(zhuǎn)化為力——慣性力。注：本文中所說的外力沿用牛頓第一定律中的外力之說，當然是指物體受到的合外力。第三節(jié)自行車中的物理知識眾所周知，中國是世界上自行車擁有量最多的國家，是公認的“自行車王國”。自行車是人們普遍使用的“綠色”交通工具，作為一種最普及最方便的代步工具，它與我們的生活息息相關(guān)。就我們中學生而言，也與自行車結(jié)下了不解之緣，說起騎車，或許我們都會，但要系統(tǒng)、詳盡地解釋其中的物理知識，未必人人都能夠做到。在它的“身上”運用了許多物理知識，通過研究自行車上的物理知識，了解自行車的結(jié)構(gòu)，以及每一個零件的作用，使人們更好的認識、利用自行車，讓自行車更好的為人類服務。（一）自行車的有關(guān)原理車體設計原理Ａ：手把連接前輪的轉(zhuǎn)向機制是輪軸的運用，一般女裝車手把大多比較寬，就是因為把“輪”的半徑加大，可以更省力，騎起來很優(yōu)雅．Ｂ：剎車把手是一個簡單的杠桿，使用者用很小的力就可對剎車片產(chǎn)生很大的壓力．Ｃ：前剎片是利用摩擦力使車輪減速，同時在接地點產(chǎn)生向后的摩擦力來使車體減速．以前輪夾式剎車和傳統(tǒng)后輪軸心的盤式剎車來比較，對同樣大小的剎車壓力而言，前者因力臂較長，會比后者有較大的力矩，效果較佳．Ｄ：接地的輪胎也是靠摩擦力使車子前進，剎車也是同樣道理．Ｅ：輪軸中央用滾珠軸承加黃油來減少摩擦，提高傳動效率．Ｆ：踏板是輪軸的運用．Ｇ：前后齒輪是利用鏈條傳動的齒輪系統(tǒng)，因為前大后小，所以費力而省時，可以把車子加速到很快．Ｈ：后齒輪傳動給后輪是一種作用力施在軸上的輪軸系統(tǒng)．Ｉ：有些座墊下方是以彈簧為避震器，是彈簧在日常生活中除了做為彈簧秤外，另一大用途．Ｊ：新型自行車有些裝上油壓避震器，是帕斯卡原理的運用．二、為何自行車剛騎動時手把會不自覺轉(zhuǎn)動？自行車基本上是兩點著地，騎動時可以不倒下是因為兩輪滾動時產(chǎn)生水平方向的角動量；當車子幾乎靜止時角動量消失了，質(zhì)心要通過底座(人和車體在地面的投影)的機會非常少，不可避免就要倒下，此時若轉(zhuǎn)動手把就會產(chǎn)生垂直方向的角動量，使車子保持平衡，這點和飛盤轉(zhuǎn)動時可以保持平穩(wěn)飛行有異曲同工之妙，但因為轉(zhuǎn)動不是很完整，方向又一再改變，所以一般不能撐很久．三、變速原理設前齒輪半徑a、后齒輪半徑b，a/b的比值愈大，可以愈省力，但省力一定較費時，所以車騎得不快，一般在起動時會把a/b調(diào)小一點，比較容易克服最大靜摩擦力，之后再把比值變大．一輛十段變速的自行車有兩個不同半徑的前輪，后面有五個，以共有十種組合．四、剎車原理從運動學的角度來看，急剎車車子可能向前翻倒．先考慮前輪剎死的情形：此時以前輪著地點為支點，因車子有向前的慣性(人車的質(zhì)心明顯在支點右上方)，很容易有向前翻的情形發(fā)生；那后輪剎車的情形又如何呢?如果后輪剎死了車子的慣性一樣向前，但此時前輪對地面的壓力會增大，相對減少后輪的下壓力，所以翻車的機會較少，當然若是向前的慣性實在太大，車子一樣會以前輪為支點旋轉(zhuǎn)而使后輪會上蹺．綜合以上可知：自行車最好不要單獨剎前輪，若只有一個剎車系統(tǒng)應裝在后輪，當然兩輪一起剎車最理想．不論用那一輪剎車，前輪的下壓力一定會增大，后輪的一定減少，所以前輪的剎車摩擦力比后輪的大．所以在機車或汽車上，效果較佳(當然也較貴)的碟式剎車裝在前輪，后輪再裝鼓式剎車，此即常在汽車廣告中聽到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎車一定同時作用，以免翻車．（二）自行車中的物理知識圖1和圖2是兩種常見的自行車，在其中涉及到很多物理知識，包括杠桿、輪軸、摩擦、壓強、能量的轉(zhuǎn)化等力學、熱學及光學知識，下面具體來分析一下．一、力學知識1．摩擦方面(1)自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋，增大接觸面粗糙程度．增大摩擦力．(2)車軸處經(jīng)常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力．(3)所有車軸處均有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦，轉(zhuǎn)動方便．(4)剎車時，需要纂緊剎車把，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力，(5)緊蹬自行車前進時，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進的動力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進的阻力；自行車靠慣性前進時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進的阻力．2．壓強方面(1)一般情況下，充足氣的自行車輪胎著地面積大約為S=2×10Cm×5cm=100×cm2，當一普通的成年人騎自行車前進時，自行車對地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計算出自行車對地面的壓強為6.5×104Pa．(2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，減小壓強．(3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強，(4)自行車的內(nèi)胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時，氣體的質(zhì)量越大，壓強越大．(5)自行車的車座做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對身體的壓強．3．輪軸方面(1)自行車的車把相當于一個輪軸，車把相當于輪，前軸為軸，是一個省力杠桿，如圖3所示．(2)自行車的腳踏板與中軸也相當于一個輪軸，實質(zhì)為一個省力杠桿．(3)自行車的飛輪也相當于一個省力的輪軸．4．杠桿方面：自行車的剎車把相當于一個省力杠桿．5．慣性方面(1)當人騎自行車前進時，停止蹬自行車后，自行車仍然向前走，是由于它有慣性．(2)當人騎自行車前進時，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去．6．能量轉(zhuǎn)化方面(1)當人騎自行車下坡時，速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉(zhuǎn)化為人和自行車的動能．(2)當人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來增大人和自行車的動能，這樣上坡時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能上得更高一些．7．齒輪傳動方面(1)線速度和角速度的關(guān)系，如圖5所示，設齒輪邊緣的線速度為v，齒輪的半徑為R，齒輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則有v=ωR．二、熱學知識在夏天自行車輪胎內(nèi)的氣體不能充得太足，是為了防止自行車爆胎，因為對于質(zhì)量、體積一定的氣體，當溫度越高，壓強越大，當壓強達到一定程度時，若超過了輪胎的承受能力，就會發(fā)生爆胎的情況．三、光學知識在日常生活中，自行車的后面都裝有一個反光鏡，它的設計很巧妙，組成如圖6所示，它是由三個相互垂直的平面鏡組成一個立體直角，用其內(nèi)表面作為反射面，這叫角反射器．當有光線從任意角度射向尾燈時，它都能把光“反向射回”，當光線射向反光鏡時，會使后面的人很容易看到．在夜間，當汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上，無論入射方向如何，反射光都能反射到汽車上，其光強遠大于一般的漫反射光，就如發(fā)光的紅燈，足以讓汽車的司機觀察到．四、新式自行車第四節(jié)過山車中的物理知識過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那種風馳電掣、有驚無險的快感令不少人著迷。如果你對物理學感興趣，那幺在乘坐過山車的過程中不僅能夠體驗到冒險的快感，還有助于理解力學定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學原理，人們在設計過山車時巧妙地運用了這些原理。如果能親身體驗一下由能量守恒、加速度和力交織在一起產(chǎn)生的效果，那感覺真是妙不可言。這次同物理學打交道不用動腦子，只要收緊你的腹肌，保護好腸胃就行了，當然，如果你的身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁仔細觀察過山車的運動和乘坐者的反應。1、能量守恒在過山車上的應用在開始旅行時，過山車的小列車是靠一個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。事實上，從這時起，帶動它沿著軌道行駛的惟一的"發(fā)動機"將是引力勢能，即由引力勢能轉(zhuǎn)化為動能、又由動能轉(zhuǎn)化為引力勢能，這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構(gòu)成的。第一種能，即引力勢能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，是由于它的高度和由引力產(chǎn)生的加速度而來的。對過山車來說，它的勢能在處于最高點時達到了最大值，也就是當它爬升到"山丘"的頂峰時最大。當過山車開始下降時，它的勢能就不斷地減少（因為高度下降了），但它不會消失，而是轉(zhuǎn)化成了動能，也就是運動能。不過，在能量的轉(zhuǎn)化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產(chǎn)生了熱量，從而損耗了少量的機械能（動能和勢能）。這就是為什幺要設計成隨后的小山丘比開始時的小山丘要低的原因：過山車已經(jīng)沒有上升到像前一個小山丘那樣的高度所需要的機械能了。2、圓周運動知識在過山車中的應用過山車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實上，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最后一節(jié)車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于引力作用于過山車中部的質(zhì)量中心的緣故。這樣，乘坐在最后一節(jié)車廂的人就能快速地達到和跨越最高點，從而產(chǎn)生一種要被拋離的感覺，因為質(zhì)量中心正在加速向下。尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達頂峰附近時，小車廂就可能脫軌甩出去。車頭部的車廂情況就不同了，它的質(zhì)量中心在“身后”，在短時間內(nèi)，它雖然處在下降的狀態(tài)，但是它要"等待"質(zhì)量中心越過高點被引力推動。到達“瘋狂之圈”時，沿直線軌道行進的過山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時，乘客就會有一種被擠壓到軌道上的感覺，因為這時產(chǎn)生了一種表觀的離心力。事實上，在環(huán)形軌道上由于鐵軌與過山車相互作用產(chǎn)生了的一種向心力。這種環(huán)形軌道是略帶橢圓形的，目的是為了"平衡"引力的制動效應。當過山車達到圓形軌道的最高點時，事實上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時，這種現(xiàn)象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機械制動裝置就會非常安全地使過山車停下來。減速的快慢是由氣缸來控制的。第五節(jié)江河大堤與水庫大壩一般江河大堤和水庫大壩的橫截面如圖1甲、乙所示．圖1比較上面兩圖，不難發(fā)現(xiàn)，它們的共同之處都是上窄下寬，不同的是江河堤的迎水面坡度緩，背水面坡度陡，而水庫壩則恰恰相反，擋水面坡度陡，背水面坡度緩．一、為什么江河大提與水庫大壩都修成上窄下寬無論是江河大堤，還是水庫大壩都修成上窄下寬，其目的主要是為了“三防”．1．防水壓根據(jù)液體內(nèi)部壓強公式ｐ＝ρｇｈ可知，堤壩內(nèi)的水越靠近堤壩底，水深ｈ越大，水產(chǎn)生的壓強也越大．堤壩下寬能承受較大的水壓，確保堤壩的安全．2．防滲漏堤壩下部受水的壓強越大，水越容易滲進壩體．把下部修得寬些，就可以延長堤壩內(nèi)水的滲透路徑，增大滲透阻力，從而提高堤壩的防滲透性能．

3．防滑動

堤壩內(nèi)水的壓力總有將大堤向外水平推動和將大壩推向下游的運動趨勢，堤壩基底需要有與之抗衡的靜摩擦力，才能保持堤壩平衡．將堤壩下部修寬既可增大壩體的重力，也可增大迎水面（擋水面）上水對壩體豎直向下的壓力，因此，可以增強壩體與壩基間的最大靜摩擦力，達到防止堤壩滑動的目的．

二、為什么江河大堤和水庫大壩兩邊的坡度陡緩狀況修得恰恰相反

對于兩岸攔水的大堤來說，奔騰的江河水的沖擊力方向朝下游，水對堤壩的作用力主要是壓力，如圖2甲、乙所示，水的壓力垂直于堤面，根據(jù)力的分解知識有，Ｆｘ＝Ｆｓｉｎθ，Ｆｙ＝Ｆｃｏｓθ，因此，對于同樣大小的水的壓力Ｆ，坡度平緩的堤面所受橫向水平壓力較小，即Ｆｘ＜Ｆｘ′；所受豎直向下的壓力較大，即Ｆｙ＞Ｆｙ′．所以對于江河大堤，迎水面坡度緩，水對大堤水平向外的推力Ｆｘ小．同時豎直向下的力Ｆｙ大，有利于增大堤壩基底與堤壩的靜摩擦力，即可以防滑．圖2圖2圖4圖3對于水庫大壩受力分析，如圖3所示，根據(jù)液體壓強公式ｐ＝ρｇｈ，水庫大壩的擋水面各處承受的壓強跟水深成正比，呈三角形分布，故總水壓力通過壓強的三角形分布距壩底Ｈ／3．設水庫大壩的總重力為Ｇ，重心在Ｏ′處，為便于分析，設水庫中水對大壩的總壓力Ｆ水平向外（大壩外側(cè)），如圖4所示．因受水的壓力Ｆ的作用，壩體會以水庫外側(cè)大壩的壩腳Ｏ為支點有沿順時針方向傾覆的趨勢，其傾覆力矩為ＭＦ＝Ｆ×Ｈ／3．而大壩依靠自身的重力Ｇ產(chǎn)生的抗傾覆力矩ＭG＝Ｇｄ．把壩體修得沿背水面坡度緩一些，能夠達到既增大重力，又增大力臂ｄ的效果，從而達到增大抗傾覆力矩ＭG的效果．

由此可見，在不增加建設大堤和大壩的土石方，用料及造價相同的前提下，迎水面比背水面緩的江河大堤更牢固，擋水面比背水面陡的水庫大壩更穩(wěn)定第六節(jié)汽車安全氣囊系統(tǒng)組成及其工作原理隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車的行駛速度越來越快，特別是由于汽車擁有量的迅速增加，交通越來越擁擠，使得事故更為頻繁，所以汽車的安全性就變得尤為重要。

安全氣囊發(fā)展史

安全氣囊從1952年就取得了專利，但在應用推廣中經(jīng)歷了幾上幾下的波折，足足走過了30多年的漫長路途。直至1984年，汽車碰撞安全標準(FMVSS208)在美國經(jīng)多次被廢除后又重新被認可并開始實施，其中規(guī)定從1995年9月1日以后制造的轎車前排座前均應裝備安全氣囊，同時還要求1998年以后的新轎車都裝備駕駛者和乘客用的安全氣囊，自此才確認了安全氣囊的作用。如今，這個在當年頗具創(chuàng)意性的發(fā)明已轉(zhuǎn)為千百萬個產(chǎn)品，種類也發(fā)展為正面氣囊、側(cè)面氣囊、安全氣簾等等。各國生產(chǎn)的中高級轎車，大多數(shù)都裝有安全氣囊，有些轎車已將安全氣囊列入必裝件。在國內(nèi)，隨著CMVDR294碰撞安全法規(guī)的開始實施，國內(nèi)消費者對汽車被動安全性能的要求也越來越高，但目前除了極少數(shù)高級車裝備了側(cè)面氣囊之外，大部分車型還只是安裝了正面氣囊。

安全氣囊系統(tǒng)組成

駕駛員處的安全氣囊是存放在方向盤襯墊內(nèi)，因此，當您看見方向盤上標有“SRS”或“Airbag”字樣，就可知此車裝有安全氣囊。安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等主要部件組成。傳感器和微處理器用以判斷撞車程度，傳遞及發(fā)送信號；氣體發(fā)生器根據(jù)信號指示產(chǎn)生點火動作，點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹。氣囊裝在方向盤轂內(nèi)緊靠緩沖墊處，其容量約50至90升不等，做氣囊的布料具有很高的抗拉強度，多以尼龍材質(zhì)制成，折疊起來的表面附有干粉，以防安全氣囊粘著在一起在爆發(fā)時被沖破；為了防止氣體泄漏，氣囊內(nèi)層涂有密封橡膠；同時氣囊設有安全閥，當充氣過量或囊內(nèi)壓力超過一定值時會自動泄放部分氣體，避免將乘客擠壓受傷；氣囊中所用的氣體多是氮氣。

安全氣囊的工作原理

典型的氣囊系統(tǒng)包括二個組成部分：探測碰撞點火裝置(或稱傳感器)，氣體發(fā)生器的氣囊(或稱氣袋)。當傳感器開關(guān)啟動后，控制線路即開始處于工作狀態(tài)，并借著偵測回路來判斷是否真有碰撞發(fā)生。如果訊號是同時來自兩個傳感器的話才會使安全氣囊開始作用。由于汽車的發(fā)電機及蓄電池通常都處于車頭易受損的部位，因此，安全氣囊的控制系統(tǒng)皆具有自備的電源以確保作用的發(fā)揮。在判定施放安全氣囊的條件正確之后，控制回路便會將電流送至點火器，借著瞬時快速加熱，將內(nèi)含的氮化鈉推進劑點燃。在近乎爆炸的化學反應快速發(fā)生的同時，會產(chǎn)生大量無害的以氮氣為主的氣體，將氣囊充氣至飽滿的狀態(tài)，并借著強大的沖擊力，氣囊能夠沖開方向盤上的蓋而完全展開，以保護駕駛者頭部不受傷害。同時在推進劑點燃的過程之中，點火器總成中的金屬網(wǎng)罩可冷卻快速膨脹的氣體，隨即氣囊可由設計好的小排氣口排氣，以發(fā)揮逐漸緩沖功能，并避免在車身仍繼續(xù)移動時阻礙碰撞后的視線。

需要特別說明的是，傳感器只有在滿足了一定的條件下才會工作。安全氣囊的傳感器的設計有很多種，有一部分是采用擺錘或杠桿式開關(guān)，還有的是彈簧負載的轉(zhuǎn)輪式，此外還有用水銀開關(guān)的產(chǎn)品。但不論感測器開關(guān)型式如何，都必須有足夠的撞擊力才能使得開關(guān)啟動，同時這個撞擊力必須來自正的方向才行。通常這個撞擊力約等于以時速２５公里至５０公里左右碰撞固定物所產(chǎn)生的結(jié)果。當汽車受到這種高速碰撞時，裝在車前端的碰撞傳感器和裝在汽車中部的安全傳感器，就可檢測到車速突然減速，并將這一信號迅速傳遞給安全氣囊系統(tǒng)的控制電腦，電腦在經(jīng)過分析確認之后，才會引爆安全氣囊包內(nèi)的電熱點火器，使氣囊發(fā)生迅速膨脹。

據(jù)計算，正規(guī)的安全氣囊必須在發(fā)生汽車碰撞后的0.01秒內(nèi)微處理器開始工作，0.03秒內(nèi)點火裝置啟動，0.05秒內(nèi)高壓氣體進入氣囊，0.08秒內(nèi)氣囊向外膨脹，0.11秒內(nèi)氣囊完全脹大，此刻之后，駕車者才會撞上氣囊。

可見，氣囊的打開與否與撞擊角度和撞擊速度都有關(guān)，一般來說在汽車翻轉(zhuǎn)、輕微碰撞、側(cè)面碰撞或后面碰撞時，氣囊均不會打開，比如桑塔納2000升級版在車身正面左右各30度以內(nèi)受到重創(chuàng)時才會打開安全氣囊。再有一點，對于撞擊速度而言，安全氣囊系統(tǒng)測定的是撞擊后車輛的減速度，因此，在做安全碰撞實驗時，一般都是讓車筆直地撞在不能移動且不能變形的墻上。

安全氣囊的安全性

安全氣囊可將撞擊力均勻地分布在頭部和胸部，防止脆弱的乘客肉體與車身產(chǎn)生直接碰撞，大大減少受傷的可能性。安全氣囊對于在遭受正面撞擊時，的確能有效保護乘客，即使未系上安全帶，防撞安全氣囊仍足以有效減低傷害。據(jù)統(tǒng)計，配備安全氣囊的車發(fā)生正面碰撞時，可降低乘客受傷的程度高達64％，甚至在其中有80％的乘客未系上安全帶！至于來自側(cè)方及后座的碰撞，則仍有賴于安全帶的功能。

此外，氣囊爆發(fā)時的音量大約只有130分貝，在人體可忍受的范圍；氣囊中78％的氣體是氮氣，十分安定且不含毒性，對人體無害；爆出時帶出的粉末是維持氣囊在折疊狀態(tài)下不粘在一起的潤滑粉末，對人體亦無害。

萬事都是一把雙刃劍，安全氣囊同樣也有它不安全的一面。據(jù)計算，若汽車以60km的時速行駛，突然的撞擊會令車輛在0.2秒之內(nèi)停下，而氣囊則會以大約300km/h的速度彈出，而由此所產(chǎn)生的撞擊力約有180公斤，這對于頭部、頸部等人體較脆弱的部位就很難承。因此，如果安全氣囊彈出的角度、力度稍有差錯，就有可能釀出一場“悲劇”。

安全氣囊在近幾年得到了飛速的發(fā)展，價格大幅度下降，裝備了安全氣囊的轎車也從過去的中高級轎車向中低級轎車發(fā)展。同時，有些轎車前排安裝了乘客用的安全氣囊（即雙安全氣囊規(guī)格），乘客用的安全氣囊與駕車者用的安全氣囊相似，只是氣囊的體積要大些，所需的氣體也多一些而已。進入90年代以來，安全氣囊的安全性能已被人們普遍接受，并被視為一種現(xiàn)代化和高檔次的安全裝置。了解安全氣囊的工作原理及注意事宜對我們更好的保護自己有很重要的作用，但對于駕駛員來說，安全駕駛才是第一位的，這是任何先進的安全裝置都無法替代的！

安全氣囊是怎樣發(fā)明的？

安全氣囊為一次性產(chǎn)品

每個氣囊只能使用一次，也就是說氣囊只要引爆就不再有下一次保護的能力，也不能塞回去再使用，引爆后須回廠換一個新的氣囊。在美國，重新裝置一套新氣囊和感應系統(tǒng)及整組電腦控制器，一般需要3000美元左右，雖說比較貴，但為了生命安全，這倆錢還是不能省的！

安全氣囊需與安全帶配合使用

由于氣囊是通過爆發(fā)起作用，而設計者往往是從大多數(shù)、正常的碰撞模擬試驗中尋找最佳方案，但生活中，每一位乘駕者都有自己乘駕習慣，這就造成了人與氣囊會有不同的位置關(guān)系，也就決定了氣囊工作的不穩(wěn)定性。因此，要保證安全氣囊真正起到安全的作用，駕乘人員一定要養(yǎng)成良好的駕乘習慣，保證胸部與方向盤保持一定距離。而最有效的措施就是系好安全帶，安全氣囊只是輔助安全系統(tǒng)，需與安全帶配合使用才能發(fā)揮最大的安全保護效果。不要在氣囊的前方、上方或近處放置物品

注意不要在氣囊的前方、上方或近處放置物品，因為在緊急時刻這些物品有可能防礙氣囊充氣或被拋射出去，造成更大的危險。在車室內(nèi)安裝收音機、CD機等附件時，要遵照汽車廠的規(guī)定，不要隨意修改屬于安全氣囊系統(tǒng)的零件及線路，否則會影響氣囊工作。何時需要修理氣囊？

要注意觀察位于儀表盤上的安全氣囊警告燈。在正常情況下，點火開關(guān)轉(zhuǎn)到“ACC”或“ON”位置時，警告燈會亮大約6秒鐘，進行自檢，然后熄滅，若警告燈一直亮，則表明安全氣囊系統(tǒng)有故障，應立即進行修理。否則，有可能出現(xiàn)氣囊不起作用或誤彈出的情況。第七節(jié)交通安全中的一些簡單物理知識快速列車、高速公路、立交橋、地鐵、輕軌、先進的空運、海運構(gòu)筑的現(xiàn)代交通網(wǎng)遍布全球，它與現(xiàn)代人的生活密切相關(guān)?，F(xiàn)代交通中的許多問題都跟物理知識有關(guān)。自然只賦予每個人一次生命的機會，生命是多么的可貴.現(xiàn)代科學技術(shù)創(chuàng)造出了各種各樣的交通工具，給人類的生活帶來了便利，同時也成為掠奪生命的工具,.交通工具是物理知識應用的結(jié)晶，應用物理知識能夠認識交通肇事成因以及預防方法，從而將交通安全根固在頭腦中.我們每天都會行走在路上，對于道路兩邊的標志可能熟視無睹了，其實有些標志中蘊含了許多物理知識，現(xiàn)舉例說明：1、“上、下陡坡”標志（圖1）：蘊含了動能和重力勢能的轉(zhuǎn)化，考試時還可能假設沒有其它能量轉(zhuǎn)化時，則機械能守恒。2、“向左或右急轉(zhuǎn)彎”標志（圖2）：蘊含了慣性的知識，可能會考查轉(zhuǎn)彎時坐在車中的乘客或物體會向哪側(cè)傾斜。3、“易滑”標志（圖3）和“路滑慢行”標志（圖4）：蘊含了摩擦力的知識，地面光滑摩擦力變小，同時也可結(jié)合慣性知識考查，如由于地面易滑，由于慣性行駛的車輛在剎車后會繼續(xù)前行一段距離，故應在此路段減速慢行。4、“禁止鳴喇叭”標志（圖5）：蘊含了聲現(xiàn)象知識，在市區(qū)或?qū)W校、醫(yī)院附近通常會有此標志，意思是鳴喇叭會產(chǎn)生噪音，影響人們的生活和學習，考查點是噪音及其預防為主。5、“限制速度”標志（圖6）：蘊含了運動學知識，意思是該路段限制速度是40km/h，可以結(jié)合路程或時間考查速度方面的計算。6、“限制質(zhì)量”標志（圖7）：蘊含了質(zhì)量的知識，意思是此路（橋）面承受的最大質(zhì)量是10噸，可以考查質(zhì)量、壓強及過載造成路（橋）面毀壞等方面的問題?！纠?008年6月6日《海峽都市報》刊登了《貨車超限超載、國道不堪重負》一文，報道了“104國道設計使用年限為15年以上，但使用5年后就大修，現(xiàn)已傷痕累累……”（如圖所示）。有些運輸單位和個人只顧自己的利益，不顧國家利益，讓汽車成倍的超載是損壞路面的直接原因。請你運用所學知識解釋汽車嚴重超載加快路面損壞的原因（只需答出一種合理的原因即可）。答（1）力的作用效果會使物體形狀發(fā)生改變，汽車成倍超載，對地面壓力成倍增加，路面的形變加大，容易引起路面斷裂。（2）車成倍超載，對地面壓力成僧增加，輪胎個數(shù)不變，接觸面積基本不變，根據(jù)壓強公式P＝F/S可知，車對地面壓強成倍增加，對路面破壞加重。（3）車輪與路面的粗糙程度不變，車成倍超載，對地面壓力成倍增加。路面受到的摩擦力也就成倍增加，導致路面磨損加快。7、“車距確認”標志（圖8）：蘊含了運動學知識，意思是讓車輛確認一下彼此的間距，以保持安全間距，防止由于慣性發(fā)生追尾等交通事故。8、“里程碑”標志（圖9）：蘊含了運動學知識，意思是距某地還有多少公里，可以結(jié)合汽車的行駛速度考查速度方面的問題。近年來道路相繼改建成一、二級公路，大大地促講了經(jīng)濟發(fā)展，給人們出行帶來了方便。遺憾的是在某些岔路口，人車相撞的交通事故有所增加。有人猜想事故的出現(xiàn)與行人橫過公路時的錯誤判斷有關(guān)。(1)某同學準備橫過公路時，正好有一輛汽車從距岔路口1O0m處以72km／h的速度駛過來，如果公路寬12m，問該同學以1．2m／s的正常步行速度能否在汽車到達岔路口前完全通過公路?(2)為了減少在岔路口發(fā)生人車相撞事故，請你分別向交警部門(或公路建設部門)、汽車司機和過路的行人，各提一項合理的建議。分析：v車＝72km／h＝20m／s汽車到達岔路口的時間：t車＝5s該同學完全通過公路所需時間：t人＝10s因為t人＞t車所以該同學不能完全通過公路，有人車相撞的危險。建議：交警部門：例：(1)設立警示標志，提醒注意岔路口。(2)設立強制減速帶。汽車司機：例：(1)通過岔路口時要減速慢行。(2)注意觀察，避讓行人。過路行人：例：(1)正確估計車速和車距，保證足夠過路時間。(2)寧停三分，不搶一秒。為保證行車安全，我國制定了《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》。該條例對不同車型有不同的最高車速限制：在高速公路上行駛的小型載客汽車最高車速120km/h其他機動車不得超過100km/h，摩托車不得超過80km/h。機動車在高速公路上行駛，車速超過100km/h時，應當與同車道前車保持100m以上的距離，車速低于100km/h時，與同車道前車距離可以適當縮短，但最小距離不得小于50m。該條例還規(guī)定，當實際道路限速標志標明的車速與條例中關(guān)于車道行駛車速的規(guī)定不一致時，應按照實際道路限速標志標明的車速行駛（如圖所示）。在很多情況下，需要避免碰撞。例如，駕駛汽車一定要控制行駛速度，如果行駛速度太大，汽車的動量會很大，駕駛員很難在短時間內(nèi)剎住汽車，就有可能出現(xiàn)撞車、撞人等惡性交通事故（如圖1所示）。為保證駕乘人員的安全，車內(nèi)人員都必須系上安全帶，有的汽車在相關(guān)部位還裝了安全氣囊。這些設施可以起緩沖作用（延長作用力的作用時間），減輕交通事故對車內(nèi)人員的傷害（如圖2所示）。思考與討論安全帶和頭枕汽車中安全措施之一是座位上設置有安全帶和頭枕。安全帶是一種斜系在乘員身上的帶子，它在緩慢拉動時很松動，在迅猛抽動時則被卡住，不能拉伸；頭枕處在座椅上方乘員的頭部位置，是一個固定且表面松軟的枕頭。當突然發(fā)生撞車事故時，乘員會發(fā)生什么情況？為什么？安全帶和頭枕分別在什么情況下起作用？試討論一下。

科學漫步認識道路交通信號燈道路交通信號燈是交通安全產(chǎn)品中的一個類別，是為了加強道路交通管理，減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控制機控制，指導車輛和行人安全有序地通行。s150標準型警示/指示燈LED（發(fā)光二極管）是近年來開發(fā)生產(chǎn)的一種新型光源，具有耗電?。娏髦挥?0~20mA）、亮度高（光強可達上萬個mcd）、體積小（直徑最小可達3mm）、重量輕（一顆發(fā)光二極管僅重零點幾克）、壽命長（平均壽命10萬小時）等優(yōu)點?，F(xiàn)已逐步代替白熾燈、低壓鹵鎢燈制作道路交通信號燈。信號燈-發(fā)展歷史俗稱紅綠燈。19世紀初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦議會大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當時英國機械師德·哈特設計、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈--煤氣交通信號燈，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。從此，城市的交通信號燈被取締了。直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復了紅綠燈，不過，這時已是“電氣信號燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號燈。隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學救國”的抱負到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當他看到紅燈而正要過去時，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗?；氐剿奚?，他反復琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。信號燈-中國情結(jié)中國最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制，從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。信號燈-公路交通信號燈公路交通信號燈的種類有:機動車道信號燈,人行橫道信號燈,非機動車道信號燈,方向指示信號燈,移動式交通信號燈,太陽能閃光警告信號燈,收費站天棚信號燈。信號燈鐵路信號燈鐵路信號分為視覺信號和聽覺信號，可以說是有聲有色，多姿多彩。它們是指示列車運行和調(diào)車作業(yè)的命令，有關(guān)行車人員必須嚴格執(zhí)行。鐵路信號是人們在實踐中逐步發(fā)明和完善的。早期的鐵路開始行車時，是由鐵路職工騎馬在前面引導列車運行。為了醒目，他們帶著禮帽，身穿黑大衣和白色褲子，用手信號指揮列車前進或停止。當時鐵路僅限于白天行車，列車很少，速度大約每小時6～16公里，所以由人騎馬來指揮，安全上沒什么問題。以后，列車對數(shù)多了，速度也快了，騎馬已跑不過火車，跟在火車后面打信號還有什么用？為了確保安全，人們開始研究固定的信號設備：用一塊長方形的板子，橫向線路是停車信號，順向線路是進行信號?？墒琼樝蚓€路的板子實際上很難看見，所以又在頂端加塊圓板。當必須在晚間開車時，就以紅色燈光表示停車信號，白色燈光表示進行信號。隨著列車速度的不斷提高，要求從遠方就能準確看到信號的顯示。人們發(fā)現(xiàn)，在面積相等的情況下，圓形、方形和長方形相比，以長方形看得最遠。因此，1841年英國人戈里高利提出用長方形臂板作為信號顯示，裝設在倫敦橋車站。這是鐵路上首次使用的臂板式信號機。這種臂板式信號機有兩種顯示：水平位置表示停車信號，向下傾斜45度表示進行信號。夜間仍用紅色燈光表示停車，用白色燈光表示進行。但是，后來發(fā)現(xiàn)白色燈光容易和鐵路附近的家用燈光混淆，就改用了綠色燈光。第八節(jié)體育課中的一些簡單物理知識大家都喜愛體育活動，通過體育鍛煉能提高身體素質(zhì)。平時同學們在體育課中進行各種各樣的體育活動。然而，在我們進行體育活動時，不知你有沒有想過，每一項體育運動中都滲透著許多物理知識，體育活動中也包含許多物理知識呢！體育與物理形同兄妹般親密。下面介紹幾個最常見的用到物理學原理的運動現(xiàn)象：一跑的力學跑是不斷重復的周期性運動。波動的速率與頻率及波長的關(guān)系如下式：速率=頻率×波長，同理，跑的速率與步頻（每秒鐘所跑的步數(shù)）和步長（每跑一步的距離）的關(guān)系如下式：速率=步頻×步長要增大跑的速率，就要設法增大步頻和步長。例如一短跑者平均步頻為每秒4.6步，平均步長為1.8步，早其平均速率為8.28米／秒。如果以此速率跑100米，就要12.秒。設有體力相同的A、B兩人，分別采用圖（a）和（b）兩種跑步方式：（a）的起步角較（b）為大，則（a）每跑一步由于把身體升得較高，要費較長時間才能著地跑一下步。這樣，步頻自然較小。另一方面，由于（a）的起步角較大，升高身體的分速度較大而水平向前的分速度較小，故步長就較短。故（a）跑得比（b）為慢。每跑一步的速度，是由前一步保留下的的速度（慣性）以及下一步有力后所補充的速度的向量和。每跑一步所補充的速度，同由腳向蹬地面而獲得，如圖（c）所示。腳后蹬的力為F，則地面也給人體一個大小等于F的反作用力，人體由于這個力在后蹬時間內(nèi)獲得補充的速度。F與地面的夾角α叫做后蹬角。F可分解為F1和F2兩分力。F1使人獲得水平前進的加速茺，而F2則獲得垂直上升的加速度。后蹬角α決定F1和F2的分配。后蹬角不應過大，否則力量F用在升高身體太大而用在前進太小，這就減小了步頻和步長。短跑的后蹬角應在52°～60°之間，視體力與技術(shù)而定。完成后蹬動作之后，人體就向前拋騰一步。接著，另一腿由擺動腿轉(zhuǎn)為支撐腿而著地，如圖（d）所示，這動作叫做前蹬。前蹬地面的力R和地面的夾角β叫做前蹬角。人腳受到地面的反作用力和R大小相等而方向相反。前蹬時，應腳掌著地，以減小作用力R。由圖可知，R是斜向后的，會減小前進速度。因此，前蹬角β宜大，也就是腳掌不要太早著地，要擺至接近身體下方才著地，這就要以減小R向后的分力。二鉛球、投籃、乒乓球、足球等球類中的物理知識（一）鉛球投遠速度：速度快，瞬間爆發(fā)力，投得就遠。因為初速度越大，動能越大，投擲的也越遠。據(jù)物理知識知道S=v2Sin2a/g，當a不變v越大S也越大。當v不變時，a=45°時，S最大。（二）投籃：角度成450角投進的成功率較高距離越近，投進的成功率高。碰板時，幾度打過去，會幾度彈回來。據(jù)物理相關(guān)的知識我們作出的解答是：在碰板中，若以幾度打過去，就會以幾度返回來，這道理與光的反射定律是相似的。對于投籃距離越近，投中率越高，是因為球在前進過程中還一邊不斷地下落，若距離近一些，下落的距離也會小一些，這樣命中率也就大了。（三）乒乓球中的物理知識接球，擊球時球從運動→靜止，靜止→運動。力能使物體發(fā)生形變，球擊中網(wǎng)，網(wǎng)會發(fā)生變形。氣體的熱脹冷縮現(xiàn)象，當乒乓球癟了，放入熱水中一燙，就會恢復原狀。能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，從高出落下，再回升，勢能→動能→勢能。越高的地方落下，轉(zhuǎn)化成的動能越大，被反彈上去越高。（四）足球中的物理知識1．球越滾越慢。在球場上踢出的球越滾越慢，最終停下來。這是因為踢出的足球由于慣性要保持原來的運動狀態(tài)，沿原來的運動方向繼續(xù)滾動；而在運動方向上只受到了滾動摩擦力的作用，這個阻力改變了足球的運動狀態(tài)，阻礙足球滾動，使球越滾越慢，所以球最終停止運動。2．守門員接球。當隊員大腳射門時，球速可以高達100千米/小時。如果守門員用胸部停球，那么胸部所受到的沖力將高達1500牛；如果用手接球，沖力要減少到500牛。這是因為通過手臂的運動可使球的制動距離延長3倍的緣故。3．守門員撲點球。守門員撲點球時，撲住的成功率一般只與守門員的判斷反應能力有關(guān)，為什么呢？因為點球的位置距球門只有9．15米，射門時球速可以高達100千米/小時，這樣球到球門的時間大約是0．32秒，而人腦的反映時間大約是0．6秒，這樣足球到球門的時間就會遠遠小于人腦的反映時間，所以守門員根本沒有時間調(diào)整自己的意識，因此點球的撲住與否跟守門員對進球方向的預先判斷直接有關(guān)。正是由于這種原因我們在看點球大戰(zhàn)時，球明明向球門左邊飛去而守門員卻撲向右邊就不足為奇了。4．運動員絆倒時前傾?？焖俦寂艿倪\動員被對方運動員的腳或身體絆住時，都是向前傾倒。出現(xiàn)這種情況的原因是：人的下半身由于被絆住而停止了運動，上身卻由于慣性仍保持原來的運動狀態(tài)繼續(xù)向前運動，于是奔跑的運動員絆倒時向前傾倒。5．噴霧療傷。在足球比賽中，運動員相互碰撞跌倒后，?？吹竭\動員雙手抱腿，在地上翻滾。這時，隊醫(yī)就會迅速進場，從藥箱中取出一只瓶子，對著球員的傷痛處噴出一股白霧，一會，傷員疼痛消失，就可以重新入場比賽了。實際上這是因為瓶中裝的是“冷氣霧鎮(zhèn)痛”，它是由氟氯甲烷配一些鎮(zhèn)痛治傷藥組成，這種藥液從噴嘴噴到傷處時，迅速汽化成霧狀。由于汽化要吸收大量的熱量，運動員受傷處溫度將急劇下降，血管收縮，神經(jīng)麻痹，于是痛感就很快消失。6．“香蕉球”的奧秘如果你經(jīng)常觀看足球比賽的話，一定見過罰前場直接任意球。這時候，通常是防守方五六個球員在球門前組成一道“人墻”，擋住進球路線。進攻方的主罰隊員，起腳一記勁射，球繞過了“人墻”，眼看要偏離球門飛出，卻又沿弧線拐過彎來直入球門，讓守門員措手不及，眼睜睜地看著球進了大門。這就是頗為神奇的“香蕉球”。為什么足球會在空中沿弧線飛行呢？原來，罰“香蕉球”的時候，運動員并不是拔腳踢中足球的中心，而是稍稍偏向一側(cè)，同時用腳背摩擦足球，使球在空氣中前進的同時還不斷地旋轉(zhuǎn)。這時，一方面空氣迎著球向后流動，另一方面，由于空氣與球之間的摩擦，球周圍的空氣又會被帶著一起旋轉(zhuǎn)。這樣，球一側(cè)空氣的流動速度加快，而另一側(cè)空氣的流動速度減慢。物理知識告訴我們：氣體的流速越大，壓強越?。ú匠蹋?。由于足球兩側(cè)空氣的流動速度不一樣，它們對足球所產(chǎn)生的壓強也不一樣，于是，足球在空氣壓力的作用下，被迫向空氣流速大的一側(cè)轉(zhuǎn)彎了。乒乓球中，運動員在削球或拉弧圈球時，球的線路會改變，道理與“香蕉球”一樣。三拔河中的物理知識在拔河比賽中，許多人會認為：哪隊的力氣大哪個隊就能贏。實際上，這個問題并不那么簡單。根據(jù)牛頓第三定律（即當物體甲給物體乙一個作用力時，物體乙必然同時給物體甲一個反作用力，作用力與反作用力大小相等，方向相反，且在同一直線上），對于拔河的兩個隊，甲對乙施加了多大拉力，乙對甲也同時產(chǎn)生一樣大小的拉力?？梢?，雙方之間的拉力并不是決定勝負的因素。對拔河的兩隊分別進行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于地面的最大靜摩擦力，就不會被拉動。因此，增大與地面的摩擦力就成了勝負的關(guān)鍵。根據(jù)摩擦力的大小與接觸面的動摩擦因數(shù)成正比，與接觸面的壓力成正比。所以隊員先要穿上有凹凸花紋的鞋子，能夠增大摩擦系數(shù)，是摩擦力增大；還有就是隊員的體重越重，對地面的壓力越大，摩擦力也會大。大人和小孩拔河時，大人與小孩受