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综合活动课程教案 汽车中的物理 【综合能力训练要点】
2、培养和锻炼学生拓展已学知识、技能，熟练使用仪器、工具，克服困难、解决实际问题的能力。 【活动方案设计参考】
（1）阅读有关科技资料。 （2）写出课堂发言稿及科技小论文。 （3）在讨论会上发言交流，或在壁报上进行小论文交流。
（1）阅读资料，写出发言稿及科技小论文：2学时。 （2）举行讨论会，发言及交流：2学时。 （3）完成综合能力自我测试：1学时。
活动结束后，由学生本人根据材料所给自我测试题独立完成，期间允许学生查阅相关学科的有关基础知识，必要时教师可作简短提示。
（1）高一物理中的牛顿运动定律、圆周运动、功和能等。 （2）高二物理中的玻意耳定律。 （3）高二物理中的电磁感应。 【综合能力训练活动】 快速列车、高速公路、立交桥、地铁、轻轨、先进的空运等现代交通网遍布全球，它与现代人的密切相关。现代交通中的许多问题都跟物理知识有关，本次以汽车为例开展研究、活动。
下图所示的现代轿车，从动力到小小的通信天线都跟物理知识有关，下面提出9个方面的问题，请你综合思考。
与本问题相关的物理基础知识有： 1、牛顿运动定律 （1）牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 物体有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫惯性。质量是物体惯性大小的量度。 （2）牛顿第二定律：物体受到作用力之后会产生加速度，力是使物体产生加速度的原因。牛顿第二定律指出：对一定质量的物体，加速度跟作用力成正比；在一定的力作用下，对不同质量的物体，加速度跟质量成反比。即F=ma。 （3）牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在一条直线上。
（1）物体在一条直线上运动，在相等的时间内速度的变化相等，这种运动叫匀变速直线运动。 （2）加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，匀变速直线运动是加速度为恒量的运动，匀变速直线运动的加速度是速度的变化跟所用时间的比值，即a= （3）匀变速直线运动的公式。 瞬时速度与时间的关系：vt=v0+at； 位移与时间的关系：s=v0t+ 瞬时速度与位移的关系：vt2-v02=2as； 匀变速运动的平均速度：
（1）作圆周运动的质点，在相等时间内通过圆弧长度相等的运动叫做匀速圆周运动。 （2）匀速圆周运动的线速度和角速度。线速度的大小等于质点通过的弧长跟所用时间之比，即v= （3）向心加速度：作匀速圆周运动物体速度的方向不断改变，也存在着加速度，其方向始终指向圆心，叫向心加速度。其大小为a= （4）向心力：作匀速圆周运动物体一定有一个跟速度相垂直，指向圆心的力，叫向心力。根据牛顿第二定律，向心力的大小为F=ma=m
（1）功：力对物体做的功等于力和力的方向上发生位移的乘积，即W=Fscosθ。 （2）功率：功率是描述物体做功快慢的物理量，即P= （3）机械能：动能是物体运动而具有的能，Ek= （4）功能关系：功是能量变化的量度。物体在只受到一个力作用且只有动能变化的情况下，这个力做的功等于动能的变化量。 （5）能量守恒定律：自然界中存在着各种能量，有机械能、内能、电能、原子核能、化学能等，都可以相互转化。 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，这就是能量守恒定律。
（1）状态参量：描述气体状态的物理量叫状态参量，它们是压强p、体积V、温度T。摄氏温度t与热力学温度T之间的关系是T=t+273。 （2）玻意耳定律：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比，即p1V1=p2V2。
（1）感应电流产生的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就会产生感应电流。 （2）感应电流的方向：当闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线时，可以用右手定则来判定感应电流的方向。当闭合电路的磁通量发生变化时，可以用楞次定律来判定感应电流的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 （3）感应电动势的大小：导体垂直切割磁感线时，ε=BLv。电路中磁通量变化时，ε=n
（1）电磁场：任何变化的电场都要在其周围空单间产生磁场，任何变化的磁场都要在其周围空间产生电场。变化的电场和变化的磁场相互联系形成一个不可分割的整体，就是电磁场。 （2）电磁波：变化的电场和变化的磁场相互联系，并从发生区域向周围空间传播，这就是电磁波。电磁波在真空中传播的速度与光速相同，即c=3×108m/s，若电磁波波长为λ，频率为f，波速为v，则它们之间的关系是v=λf。
*例题1、速度表。右图所示是汽车中的速度 表，现在指示的车速是多少？此时司机见到路边的 批示牌如右上角所示，若按此速度前进，抵达上海 市中心需多少时间？ 答：现在的车速是80km/h，由平均速度公式可求得t= *专题1，车轮与动力。汽车前进主要依靠发动机产生的动力，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。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。汽车前进时，车轮的轮边缘相对于车轮轴作圆周运动，当车速是22.2m/s时，轮边缘的线速度也是22.2m/s，已知前面“情景问题”图中那辆车的高度是1.4m，你能不能用一把刻度尺估算出车轮的角速度？ *专题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，压强将大小不就地传递到轮胎的各个方向，因此局部的压力不是很大。当汽车载重增大时，对汽车轮胎的压力增大，压强也就增大，根据玻意耳定律，气体的体积要减小，所以这时轮胎变得更扁一些。 *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。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。 *讨论2、发动机。汽车发动机是全车能量的总来源。它通过燃油燃烧，将汽油的化学能转化为其他形式的能。试讨论当汽车加速起步时、匀速爬坡时、在水平地面上匀速前进时，化学能主要转化为什么能？汽车中的其他设备在使用中能量转化情况如何？某国产汽车最大功率是92Kw，最高时速是195km/h，它的最大牵引力有多大？ *例题2、保持车距。车辆在快速行驶时要与前面的车辆保持一定的距离，叫车距。某国产新型轿车，在车速为30km/h时，制动后滑行距离为7m。在行驶时保持车距应等于7m还是大于7m，为什么？若制动后车轮停止转动而滑动，则滑动摩擦因素为多大？ 答：车距应大于7m。因为驾驶员从见到前面车辆停止运动到作现制动反应、需一定的时间，在这段时间中车仍然在前进。车速越大车距就越大。下雨天或下雪天，由于动摩擦因素小，此时车距应更大。 *讨论3、反光镜。汽车上有许多地方需要利用光的反射，有些地方也要防止光的反射。通过讨论指出图中所标记的哪些地方，怎样利用反射？哪些地方，怎样防止反射？ *专题3、防抱死及其检测。现代汽车中有一种先进的制动机构，可保证车轮在制动时不是完全刹死滑行，而是 主车轮仍有一定的滚动。经研究这种方法 可以更有效地制动，它有一个自动检测车 速的装置，用来控制车轮的转动，其原理 如右图，铁质齿轮P与车轮同步转动，右 端有一个绕有线圈的磁体，M是一个电流 检测器。当车轮带动齿轮转动时，线圈中会有电流，这是由于齿靠近线圈时被磁化，使磁通量增强，齿离开线圈时磁通量减弱，磁通变化使线圈子中产生了感应电流。将这个电流经放大后去控制制动机构，可有效地防止车轮被制动抱死。如图所示，当齿a转到虚线位置过程中M中有什么方向的感应电流？
*小实验：测电梯的最大速度。利用台秤（家庭中测人体重用），一个手表，在电梯中测试电梯加速上升后运行的最大速度。想一想，如何利用牛顿第二定律，测出电梯的加速度？如何测出电梯的最大速度？如有可能请你实地测量一下。 思考与讨论：除了上述方法，还有什么办法可测出电梯运行的最大速度？ *小制作：做一个反应快慢检测器。你若想驾驶车辆，有时在考证时要以历一项重要的测试，这就是测试你估测速度的能力，例如一个运动目标，被障碍物遮住了一段时间，你能不能估测它再度出现的时刻，并立即作出反应？现在建议你亲自制作一个简易的速度估测器。 上图所示，将一个易拉罐G除去盖子（代表一个运动体），在桌面的左端用木板搭一个斜坡，易拉罐可以从斜坡上滚下，沿桌面前进。在其前进道路的右侧竖放两个盒子A、B，它们能挡住你的视线。在盒子右端再放一本书P，书上放两把尺作为导槽，使导槽与易拉罐的路径互相垂直，导槽上放一个乒乓球。当易拉罐滚动后，你要估测它在A、B盒子背后经历的时间；一旦它出现，立即用手指弹射乒乓球，设法将球打进罐中，从而检测你对运动快慢的估计能力。 思考与讨论：这种能力在现代交通中有什么实际意义？
1、下列哪一类车辆属于无污染车辆，哪一类属于少污染车辆？哪一类属于“非洁净”车辆？ A、电动汽车B、汽油车C、氢气汽车D、甲醇汽车E、太阳能车F、柴油汽车 2、安全气囊。阅读下面图文，回答有关问题。 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。 问题：用物理学原理说明，使用气囊与不使用气囊相比较，为什么前者比较安全？ 3、（1）随着沪杭高速公路的开通，为增强客运竞争能力，铁路运营采取了提速措施，将上海（31015/N，121030/E）开往杭州（30010/N，1200E）的旅游特快列车运行时间缩短到100min左右。试判断，这类列车时速约为 A、70km/hB、120km/hC、200km/hD、240km/h |
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at2；
=
。
。角速度的大小等于连接质点和圆心的半径r转过的角度与所用时间之比，即
。角速度与线速度的关系是：v=
r。
。
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，或P=Fv。在功率一定的情况下，力和速度成反比。
mv2，重力势能是物体受重力作用而具有的能，Ep=mgh。动能和势能统称机械能。
，n为线圈的匝数，
即磁通量的变化率，这就是法拉第电磁感应定律。
=1.5h。