借初中物理認識交通工具

吳濤

【摘 要】隨著科技的發展和進步，各種各樣的地面交通工具走進人們的生活，從畜力到機械動力經歷了多次變革，但都離不開物理知識和原理。作為初中階段的學生可以借助課堂學到物理知識了解它們的工作原理，反過也可以使我們對涉及到此類型的考點形成系統的知識網絡。

【關鍵詞】地面交通；車輛；物理知識；考點

在現代化的社會中人們的衣食住行都在發生日新月異的變革，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越多，給每一個人的生活都帶來了極大的方便。陸地上的汽車，海洋里的輪船，天空中的飛機，大大縮短了人們交往的距離；火箭和宇宙飛船的發明，使人類探索另一個星球的理想成為了現實。最便利發便的要屬地面交通工具，地面交通也就是陸地交通，是我們平時最熟悉，使用最廣泛的交通方式。地面交通工具也可以說成是“帶輪子的交通工具”因為除了極少數地方用到滑雪板外，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摩擦力，這種摩擦力是很小的，只需要很小的動力就可以轉動，而且圓形的輪子可以保持平穩。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。這些車輛當中用到很多物理原理哦。

一、我們先聊聊最簡單的自行車吧

它在上個世紀是中國老百姓最常用的交通工具，幾乎家家都有，也是最簡單、最直接利用力學原理的交通工具.有關考點：增大或減小摩擦的方法；慣性；杠桿的分類；輪軸及其他常見簡單機械。雖然自行車結構簡單，輕便。但是隨著社會的發展，生活節奏的加快，逐漸退出，細心的同學會發現，現在路上取而代之的是一種電動自行車。電動自行車的優勢在哪里？先得感謝奧斯特和法拉第兩位科學家，電磁感應定律，電與磁之間的相互轉化為電動車的發展奠定了理論基礎。電動機、發電機等均為這階段的基礎設備，實現電能向機械能的轉化使得電動車的發明及迅速的普及化。電動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題，以這項電池的壽命一般1年多，多以鉛酸電池為主，胡亂廢棄否污染嚴重，現在回收體系不是很健全，這就更導致污染。因此目前電動車還不能完全取代燃油車。

二、燃油車的原理及應用

說到燃油車，我們不得不談到九年級物理第十四章中的《熱機》這節內容：通過燃料在汽缸里燃燒產生高溫高壓氣體推動活塞做功從而實現將內能轉化為機械能。從瓦特發明單杠蒸汽機開始到現在先進高速概念型跑車，汽車的發展歷經三個世紀，其中內燃機時代其最重要變革時期，內燃機作為動力裝置主要指汽油機和柴油機。汽油機比較輕巧，嘗用在汽車、摩托車。柴油比較便宜，但柴油機比較笨重主要用在大型載重車，拖拉機、坦克?，F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，優點是在排氣沖程里放出的污染物較少，更加節能。隨著經濟的發展，人民生活水平的不斷提高，汽車與我們的生活走得越來越近了。在與它頻繁的接觸中，仔細觀察加上認真的思考，我們會發覺：在汽車的設計和使用中幾乎涉及到了初中物理知識體系中的方方面面。例如，

（1）力學考點：①平衡力：汽車在平直路面勻速前進時——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，司機踩剎車體現力是改變物體運動狀態的原因；乘客會由于向反方向傾倒。③簡單機械的應用：方向盤、車輪、開窗搖柄等都是輪軸，調速桿，自動開關門裝置是杠桿。④關于速度路程，時間的計算問題；參照物與運動狀態的描述問題是中考重點。

（2）熱和能轉化：①發動機外裝有水箱，用循環流動的水幫助發動機散熱利用水的比熱容大。冬天，為防凍壞水箱，入夜時要排盡水箱中的水防止熱脹冷縮的危害。②汽車發動機利用內能來做功，常常涉及到燃料的熱值和熱機效率的計算問題。

（3）電學考點：車上各種設備的自動控制開關、油量表、速度計、都是利用傳感器來實現的。油罐車的尾部通常要掛一條鐵鏈直達路面，這樣做有利于使運輸過程中因顛簸而產生的電荷迅速傳到大地上，避免因靜電放電而帶來災難。

（4）聲光原理：①汽車喇叭發聲是電能→機械能，發動機的聲音要盡量消除（發動機上裝配消音器）這是在聲源處減弱噪聲。②汽車頭燈里的反射鏡是一個凹鏡能把放在其焦點上的光源發出的光，經反射后以平行光線射出。③汽車前的擋風玻璃通常都不直立（底盤高大的客車除外），這是因為擋風玻璃相當于平面鏡車內物體易通過它成像于司機面前，影響司機的判斷，并且汽車在夜間行駛時，車內一般不開燈，這樣可防止車內乘客在司機前的擋風玻璃上成像，干擾司機正常視線。近年來對于汽車行駛問題經常和運動學結合在一起，考查學生的解決實際問題能力和數學應用技巧。

另外，在初中階段關于汽車牽引力和功率問題只限于勻速行駛，對于在高中階段關于汽車行駛時變速情況和功率問題一直是難點，汽車的即時功率P=FV，F表示牽引力、V表示即時速度。在額定功率下，速度越大、牽引力越小，速度越小、牽引力越大。汽車爬坡時調為低速，可增大牽引力，汽車行使在平直的公路上時換成高速檔，可獲得較高速度。而在強調初高中物理的銜接的前提下，關于這一部分是一個很好的切入點，可以通過學生已有的初中物理知識去理解即時功率的應變問題。

三、大家別忘了地面交通還有一個舒適穩定的軌道交通方式

大家可能并不知道鐵路是人類發明的首項公共交通工具，在十九世紀初期便在英國出現。直至二十世紀初發明汽車，鐵路一向是陸上運輸的主力?，F在我們對軌道交通再不是僅僅理解成火車，隨著城市建設的步伐加快，以前一個火車頭拖著幾節綠皮殼跑幾天的情景已經不多見了，如今城市地鐵、輕軌、磁懸浮包括高速鐵路組成一個更龐大、更快速的軌道交通網絡?？萍己孔罡叩囊獢荡艖腋×熊?，磁懸浮技術是采用超導材料，電阻為零，根據歐姆定律電流非常大，能產生強大磁場利用磁極的排斥（或吸引）作用平衡車身的重力使機車浮起。懸浮之后機車與導軌不相接觸，不再存在滑動或滾動摩擦力，只有空氣阻力，而且加速過程也不靠輪子與軌道間相互接觸產生推力，因而能提高速度。日本、德國在這一領域暫時居于領先地位，我國目前也已掌握了磁懸浮列車的關鍵技術，在上海從浦東機場至陸家嘴建一條長達40km的磁懸浮列車示范段，時速超過400km，可以在地面上達到跟飛機一樣的高速列車線“橫空出世”。

總之，無論多么精密高級的交通設備的基本工作原理大部分都在課本里出現過。而且在近幾年的中考中常常出現交通工具有關的試題，這類考試題涉及比較多的有功、能量、功率、機械效率、壓強等重要知識點，還會涉及浮力、速度、參照物、摩擦力、慣性、噪聲、電路、電磁波、光的反射等知識。我們在中考中要取得理想的物理考試成績，就必須熟悉這類考試題所考察的物理知識點。

參考文獻：

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