借初中物理认识交通工具

吴涛

【摘 要】随着科技的发展和进步，各种各样的地面交通工具走进人们的生活，从畜力到机械动力经历了多次变革，但都离不开物理知识和原理。作为初中阶段的学生可以借助课堂学到物理知识了解它们的工作原理，反过也可以使我们对涉及到此类型的考点形成系统的知识网络。

【关键词】地面交通；车辆；物理知识；考点

在现代化的社会中人们的衣食住行都在发生日新月异的变革，其中“行”主要指的是我们今天出行都要借助各式各样的交通工具，我们周围的交通工具越来越多，给每一个人的生活都带来了极大的方便。陆地上的汽车，海洋里的轮船，天空中的飞机，大大缩短了人们交往的距离；火箭和宇宙飞船的发明，使人类探索另一个星球的理想成为了现实。最便利发便的要属地面交通工具，地面交通也就是陆地交通，是我们平时最熟悉，使用最广泛的交通方式。地面交通工具也可以说成是“带轮子的交通工具”因为除了极少数地方用到滑雪板外，几乎所有的地面交通工具都是装有圆形轮子。圆形的轮子和地面之间的摩擦力是滚动摩擦力，这种摩擦力是很小的，只需要很小的动力就可以转动，而且圆形的轮子可以保持平稳。大家每天一出门就可以看到各种地面交通工具，比如自行车、汽车、摩托车、甚至还有火车等。这些车辆当中用到很多物理原理哦。

一、我们先聊聊最简单的自行车吧

它在上个世纪是中国老百姓最常用的交通工具，几乎家家都有，也是最简单、最直接利用力学原理的交通工具.有关考点：增大或减小摩擦的方法；惯性；杠杆的分类；轮轴及其他常见简单机械。虽然自行车结构简单，轻便。但是随着社会的发展，生活节奏的加快，逐渐退出，细心的同学会发现，现在路上取而代之的是一种电动自行车。电动自行车的优势在哪里？先得感谢奥斯特和法拉第两位科学家，电磁感应定律，电与磁之间的相互转化为电动车的发展奠定了理论基础。电动机、发电机等均为这阶段的基础设备，实现电能向机械能的转化使得电动车的发明及迅速的普及化。电动自行车的不足之处是什么？效率低，耗电多，能走的路程与耗能不成比例。还有废旧电池污染问题，以这项电池的寿命一般1年多，多以铅酸电池为主，胡乱废弃否污染严重，现在回收体系不是很健全，这就更导致污染。因此目前电动车还不能完全取代燃油车。

二、燃油车的原理及应用

说到燃油车，我们不得不谈到九年级物理第十四章中的《热机》这节内容：通过燃料在汽缸里燃烧产生高温高压气体推动活塞做功从而实现将内能转化为机械能。从瓦特发明单杠蒸汽机开始到现在先进高速概念型跑车，汽车的发展历经三个世纪，其中内燃机时代其最重要变革时期，内燃机作为动力装置主要指汽油机和柴油机。汽油机比较轻巧，尝用在汽车、摩托车。柴油比较便宜，但柴油机比较笨重主要用在大型载重车，拖拉机、坦克。现在还有很多车辆使用天然气（CNG），特别是一些公交车和出租车，优点是在排气冲程里放出的污染物较少，更加节能。随着经济的发展，人民生活水平的不断提高，汽车与我们的生活走得越来越近了。在与它频繁的接触中，仔细观察加上认真的思考，我们会发觉：在汽车的设计和使用中几乎涉及到了初中物理知识体系中的方方面面。例如，

（1）力学考点：①平衡力：汽车在平直路面匀速前进时——牵引力与阻力互相平衡，汽车所受重力与地面的支持力平衡。②惯性：汽车急刹车（减速）时，司机踩刹车体现力是改变物体运动状态的原因；乘客会由于向反方向倾倒。③简单机械的应用：方向盘、车轮、开窗摇柄等都是轮轴，调速杆，自动开关门装置是杠杆。④关于速度路程，时间的计算问题；参照物与运动状态的描述问题是中考重点。

（2）热和能转化：①发动机外装有水箱，用循环流动的水帮助发动机散热利用水的比热容大。冬天，为防冻坏水箱，入夜时要排尽水箱中的水防止热胀冷缩的危害。②汽车发动机利用内能来做功，常常涉及到燃料的热值和热机效率的计算问题。

（3）电学考点：车上各种设备的自动控制开关、油量表、速度计、都是利用传感器来实现的。油罐车的尾部通常要挂一条铁链直达路面，这样做有利于使运输过程中因颠簸而产生的电荷迅速传到大地上，避免因静电放电而带来灾难。

（4）声光原理：①汽车喇叭发声是电能→机械能，发动机的声音要尽量消除（发动机上装配消音器）这是在声源处减弱噪声。②汽车头灯里的反射镜是一个凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光，经反射后以平行光线射出。③汽车前的挡风玻璃通常都不直立（底盘高大的客车除外），这是因为挡风玻璃相当于平面镜车内物体易通过它成像于司机面前，影响司机的判断，并且汽车在夜间行驶时，车内一般不开灯，这样可防止车内乘客在司机前的挡风玻璃上成像，干扰司机正常视线。近年来对于汽车行驶问题经常和运动学结合在一起，考查学生的解决实际问题能力和数学应用技巧。

另外，在初中阶段关于汽车牵引力和功率问题只限于匀速行驶，对于在高中阶段关于汽车行驶时变速情况和功率问题一直是难点，汽车的即时功率P=FV，F表示牵引力、V表示即时速度。在额定功率下，速度越大、牵引力越小，速度越小、牵引力越大。汽车爬坡时调为低速，可增大牵引力，汽车行使在平直的公路上时换成高速档，可获得较高速度。而在强调初高中物理的衔接的前提下，关于这一部分是一个很好的切入点，可以通过学生已有的初中物理知识去理解即时功率的应变问题。

三、大家别忘了地面交通还有一个舒适稳定的轨道交通方式

大家可能并不知道铁路是人类发明的首项公共交通工具，在十九世纪初期便在英国出现。直至二十世纪初发明汽车，铁路一向是陆上运输的主力。现在我们对轨道交通再不是仅仅理解成火车，随着城市建设的步伐加快，以前一个火车头拖着几节绿皮壳跑几天的情景已经不多见了，如今城市地铁、轻轨、磁悬浮包括高速铁路组成一个更庞大、更快速的轨道交通网络。科技含量最高的要数磁悬浮列车，磁悬浮技术是采用超导材料，电阻为零，根据欧姆定律电流非常大，能产生强大磁场利用磁极的排斥（或吸引）作用平衡车身的重力使机车浮起。悬浮之后机车与导轨不相接触，不再存在滑动或滚动摩擦力，只有空气阻力，而且加速过程也不靠轮子与轨道间相互接触产生推力，因而能提高速度。日本、德国在这一领域暂时居于领先地位，我国目前也已掌握了磁悬浮列车的关键技术，在上海从浦东机场至陆家嘴建一条长达40km的磁悬浮列车示范段，时速超过400km，可以在地面上达到跟飞机一样的高速列车线“横空出世”。

总之，无论多么精密高级的交通设备的基本工作原理大部分都在课本里出现过。而且在近几年的中考中常常出现交通工具有关的试题，这类考试题涉及比较多的有功、能量、功率、机械效率、压强等重要知识点，还会涉及浮力、速度、参照物、摩擦力、惯性、噪声、电路、电磁波、光的反射等知识。我们在中考中要取得理想的物理考试成绩，就必须熟悉这类考试题所考察的物理知识点。

参考文献：

[1]凌凯汽车资料编写组.《汽车原理》.北京邮电大学出版社2005.8

[2]胡元国.“汽车与物理知识”.《今日中学生》，2013（Z3）：

[3]王金娜“自行车与物理教学”《中学物理》2013，31（5）：91-92

[4]赵洪伦，王文斌，廖彦芳“城市轨道车辆动车组耐撞击设计究”《铁道车辆》，2003，41（12）

[5]袁海国“物理考试与交通”《初中生世界：九年级理》，2012（3）