扁担的作用及其力学原理还有哪些.doc

实中校本课程一、 扁担的作用及其力学原理还有哪些? 我认为扁担具有杠杆作用，不仅为我们提供方便，更重要的是省力不妨我们分析扁担挑重物时和用手提重物时的受力情况以扁担挑重物为研究对象，如图1所示，以扁担和重物为研究对象人所施加的力为F，由平面力系得知F=2G，以人提重物为研究对象，如图2所示，由于手提两重物不可能让重心叠加在一起，必须分开，分开角度与重物重心距边缘最近的距离有关，这时人施力除了F=2G外，还必须提供把两重物分开的一对平衡力N，才能保证重物提起人施加的力一定大于用肩担挑重物时的力，在现实中，同样重的重物两人不用手提而用担抬这是这个道理，用肩担能挑方便，本文不再讲将扁担做成“扁”的和“软”的都能起到增大受力面积，减小对人体压强的作用。“扁”扁担大家都知道能减小压强，而“软”扁担为什么能减小压强？人们用软扁担挑重物时，由于软扁担发生的弹性形变明显大于硬扁担，发生形变后，和肩接触面积增大，减小了压强，这和人坐沙发比生硬板凳子舒服是同样的道理软扁担不光增大受力面积，更重要的是能够上下颤动，这样，使人受到交变载荷，使人感到轻松这是由于人走路时对每一步都是以地面为圆心，人腿为半径向前迈进，如图3所示，这样人的肩膀就会一高一低的上下运动，硬扁担会把这上下运动传给人体，使人感到较大交变载荷，同时重物随人体上升使人要作额外的功而软扁担在人体高时马上发生弹性变形，这时重物不会马上随人体的增高而增高，而 通过软扁担减小上下运动，使人肩受到较小的向上加速度，从而使向上受力较小于硬扁担，而扁担形变所贮存的弹性势能又会减少对重物上升而作的额外功，故人体感到舒服二、运动场上的物理学竞技运动给人们带来巨大的刺激，极大的调节了人们的情绪和心理状态，具有很好的观赏性。但是很少有人注意到运动中的物理学原理。 跳高运动员是从横竿下钻过去的吗? 有人告诉你，优秀跳高运动都是从横竿下钻过去的，你一定不相信。听到这样的话大家都会感到吃惊，难道裁判和观众的眼睛都出了问题吗?非也，让我道出原委。 跳高是田径运动中的重要项目，最初的男子世界跳高记录是170米左右，现在的世界记录已经超过240了。跳高是人依靠自己的力量克服地球的引力，使身体越过横竿的运动。看来这是一个力气活，它有没有窍门呢?有。 美国科学家做了一个试验，请了270名男学生做立定跳高测试，大多数人立定跳高可使身体重心升高051米左右。看来人的弹跳力大体相同。当然跳高运动员会跳得更高一些。 那么除了弹跳力之外，还有什么重要因素影响人跳得高矮呢?从跳高运动史来看，跳高的姿势是很重要的因素。跳高的姿势决定了人体跳跃横竿时人体重心与横竿的相对位置。现在跳高的姿势有五种：跨越式、剪式、滚式、俯卧式、背越式。运动员用跨越式过竿时人体的重心必须在横竿上几十厘米。剪式、滚式、俯卧式虽然能使运动员的重心与横竿之间的距离缩小，甚至可以使运动员的重心擦着横竿过去，但仍然不是最好的跳高姿势。 用背越式跳高可以使运动员的重心从横竿下面过去。这话听起来好像是胡言乱语，事实上是完全可以办到的。 背越式跳高的过程是这样的，运动员起跳后有一个侧转动作使背对横竿。运动员腾空后注意用两腿、双臂、腰、头和颈来控制身体的重心，使其尽量降低。过竿的时候腰向后大幅度弯曲，头和肩先越过横竿，这时人体的重心还未过横竿，处于低于横竿的位置，接着迅速收腿，肢体相对位置的变化，使重心也发生了变化，重心向肩背方向移动。运动员在过竿时，利用肢体相对位置的变化，使身体的重心移出了体外，这样运动员的身体是从横竿上过去，而运动员身体的重心却从横竿下面过去了。如果以重心来表示运动员运动的轨迹，就可以说运动员是从横竿下过去的。这样的说法是正确的，因为对一个物体做功是要看把物体的重心升高了多少。既然运动员身体的重心是从横竿下过去的，运动员做的功也只能算到横竿以下。 运动员的身体是从横竿上过去，而运动员身体的重心却从横竿下面过去，这岂不是一件怪事吗?其实，物体的重心在物体之外的情况经常出现。测一个物体重心的办法很简单，只要把被测的物体用一根绳子吊起来，然后顺着绳子的方向向下画一条直线，然后换一个地方用绳子把重物吊起来，再画一条线，两条线的交点就是物体的重心。有时候，两条线的交点不在物体上，而是在物体之外，这时重心就在物体之外了。 真正跳高时，原理并不重要了，而技巧却是最重要的，因为原理一讲就会明白，实践这个原理就不那么容易了，需要解决适时调节肢体的位置，掌握起跳时机等一系列技术问题。所以懂这个道理的人不少，能跳得高的人并不多。 铁饼、链球是扔出去的，还是转出去的? 我们在日常生活中经常会看到一些离心现象。杂技演员表演的一种叫做“水流星”的节目令人感到惊异。用一根绳子两头各拴上一个盛有水的小水桶，以一定的速度旋转，即使把水桶翻身桶里的水一滴都不会泼出来。这在物理学上称为“离心现象”，这需要水桶旋转达到一定速度，经过计算每秒钟转一圈半水就不会泼出来。 一些体育运动项目运动的过程也是利用离心现象，如：铁饼、链球。在这两个项目中，我们会看到运动员手持铁饼或链球先做圆周运动 (旋转)，并不急于把铁饼、链球抛出去，而是加速旋转，待具有一定的旋转速度后，突然撒手，铁饼或链球就会沿切线线方向飞出去了。运动员要得到好的成绩除了要提高旋转速度之外，还要注意撒手的时间和位置，这就要求运动员一定要让铁饼或链球飞出时的切线方向控制在一个扇形的区域内。在铁饼、链球运动员投掷的场地都有一个金属网架，它只在对着投掷场地的那一边开口。万一运动员撒手早了或晚了铁饼或链球就会被金属网架挡住而不至于飞向观众。 一些离心运动会造成对身体的危害。例如在航空运动中，飞机俯冲、拉起或翻跟头时，飞行员的血液由于离心运动流向下肢，从而造成飞行员大脑缺血，四肢充血。这会使飞行员暂时失明，甚至昏厥。因此必须对飞行员进行严格训练，使之逐步适应。 为什么跨栏架的横木是黑白相间的? 刘翔在雅典奥运会上勇夺110米栏的冠军，不仅为国争了光，而且打破了亚洲人不适合做短跑项目的预言，成为所有亚洲人的骄傲。 那么为什么跨栏的栏架横木是黑白相间的呢?你可能不知道这与羊还有点关系呢，因为跨栏运动源于牧童的游戏。人们发现，顺着阳光看，白羊最醒目；逆着阳光或光线不足时，黑羊特别显眼。这是因为，白色物体能完全反射照在它上面的光，所以看起来很明亮；黑色物体则可以完全吸收照在它上面的光，光不足时，呈现出深暗色。 这下你明白了吧，跨栏的横木涂成黑白两色相间，可以在任何方向上都能看得很清楚。不仅如此，黑白的强烈对比，还能引起运动员中枢神经系统的兴奋与集中，可以提高肌体的活动能力。如果跨栏架横木的反光强度正好适应视觉生理要求，还不会引起神经的疲劳，从而可以提高运动员动作的准确性。 摔跟头也有技巧 跟头谁没摔过，可谁愿意摔呢?此话差矣!人们发现在体育运动中，有的运动员很会摔跟头，这其实是自我保护。从物理的运动学角度看，摔跟头无非是由运动到静止的过程。运动的物体有动能，停止下来，动能没有了。这部分能量恰恰等于外力对物体所做的功。这个功的效果就是把被摔者撞疼，摔伤，使皮肉甚至筋骨受苦。 运动场上运动员摔跟头问题，在物理学中就是动量的问题。运动物体的质量与速度的乘积叫做它的动量。显然，摔倒后静止的人，动量为零。而由运动到静止的动量之差等于冲量。冲量是冲力与时间的乘积。也就是说，同样的动量变化量如果作用时间长，冲击力就小，时间短，冲击力就大。如果设法把这个动量变化的过程延长，冲击力就会减少，人也许就不会受到伤害了。这就是物理学中的动量定理：物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化。 篮球运动员总是一面接球，一面转身并将手缩回，用以延长接住球的时间。如果双手迎上去，迅速把球接住，过程的时间是短了，但手会疼得很厉害，甚至可能受伤。足球运动员被绊倒时，如果一个“大马趴”摔在地上，就可能会摔断锁骨；如果他用肩膀后部着地，就势在地上打几个滚，就不会出危险。因为他通过打滚，延长了这个过程的时间，使冲击力减少了。足球运动员受伤多半是跟头没有摔好。两个人撞在一起就无法延长相撞的时间。 初学滑冰的人，总怕摔，如果知道在摔倒前将两腿往前伸，“出溜”一下，来个“老头钻被窝”，让自己的后背着冰，就绝不会有问题的。当然，脑袋要缩一下，不要让后脑勺磕在冰上。另外，滑行时，最好哈着点腰，既降低重心又减少阻力。这时如果失去平衡，你就把双臂伸向前方，“尽情地”扑出去，这样会在冰面上滑出很远，延长了冲击时间，冲力就小了，人也就相应安全了。学会摔跟头已是运动员必修的物理“课程”。 我们在马路上骑车，偶尔摔倒，手破了，裤子膝头也破了，腿流血了，就是因为摔得太“干”，马路太涩了，使你无法滑出去来延长碰撞时间。当然，你也不能做横滚动作，万一滚到别人的车轮下，损失就更大了。 拔河不光靠力气 一般人都认为，拔河谁的力气大谁就能赢呗。这样的说法不完全对。力气固然重要，技巧也不可忽视。 有人根据牛顿第三定律，认为对于拔河的两个队，甲对乙施加了多大拉力，乙对甲也同时产生一样大小的拉力。可见，双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。并由此断言拔河主要是靠技巧，力气并不重要。 如果对拔河的两队进行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力，就不会被拉动。因此，增大与地面的摩擦力就很关键了。首先，穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子，能够增大摩擦系数，使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重，对地面的压力越大，摩擦力也会增大。 以上这些做法只是不会被拉动的根据，但是要地别人拉过来还得有力气，这个力气不仅表现在手上而且更表现在腿上。当你用力蹬地时，就会有一个反作用力作用在你身上，这个力的水平分量大于对方的拉力时，就可以把对方拉动了。 当然，如何得这个蹬地的反作用力，又如何增大这个力的水平分量，在很大程度上还取决于人们的技巧。比如，脚使劲蹬地时腿部的弯曲程度要合适，用力要迅速。再如，人向后仰的角度要合适，仰角太小反作用力的水平分量就小，仰角太大人又容易滑倒。所有这些技巧都是建立在力量的基础之上的，没有力量什么技巧也无法使用。此外，拔河是一个集体运动项目，统一行动力往一处使也是非常重要的。 每一项体育运动都与物理学有关系，只要我们认真观察就会发现其中的奥秘。 三、风筝的力学原理及制作风筝是我国最古老的一种民间艺术，放风筝是一项集休闲、健身及学习科学知识于一体的高雅娱乐活动，深受人民群众的喜爱，许多学校把“风筝的力学原理及制作”选为高中学生研究性学习的课题是非常恰当的。让我们从形状最基本的风筝说起。最简单的应是平板状的方形风筝了，这种风筝一般用两根长度不同的提线固定在风筝中轴上下适当的位置，使风筝在空中与风向成一定的迎角，下方装有两根一定长度和宽度的尾条，如图1所示。让我们来分析风筝是如何上升以及保持姿态稳定的。一、风筝的上升图2是平板状的方形风筝在空中稳定时的受力示意图。风吹在风筝表面上，产生一个垂直于风筝面的压力F，这个力可以分解为水平方向的分力F2和竖直方向的分力F1。F2的作用是使风筝远离，F1的作用是使风筝上升，同理，风筝线的拉力T也可以分解为水平和竖直两个分力T1、T2。G为风筝的重力。当风速较大时，压力F较大，竖直方向满足F1T2+G即F1-T2-G0风筝上升。此时应该将风筝线放出，使水平方向满足F2T1，风筝远离。风筝上升到一定高度和距离，风筝线重力大大增加，使得拉力T大大增加，而且风筝和竖直方向的角度减小，使得分力T2大大增加，当达到F1-T2-G0时风筝就不再上升，而是稳定在空中。风筝刚放飞时，地面附近风速常常较小，往往需要人为助跑来加大风的压力F以满足上升的条件，这里应用了相对运动的原理。二、风筝姿态的稳定保持风筝姿态稳定除了加尾条的方法外，还有利用类似于飞机垂直尾翼的原理，增加与风筝平面垂直方向的投影面积的方法，其做法一般都采取使风筝面翘起成孤形，如图4所示，S1为风筝有效的迎风面积，S2为等效的垂直尾翼面积。对飞机来说，当气流方向和机身长度方向一致时，垂直尾翼的迎风面积为零，不产生回复力矩；当机身由于不稳定因素而产生以通过质心的竖直轴线为轴的偏转时，垂直于尾翼的迎风面积就不为零，气流将产生垂直于尾翼面的压力，形成回复力矩，使机身回到原来位置。同理，当风筝面以拉线方向为转动轴顺时针或逆时针方向转动或摇摆时，两侧空气将通过等效垂直尾翼面积产生对摇摆运动的阻力，同时迎面气流也将产生对垂直尾翼面积的压力，前者使摇摆减缓，后者产生回复力矩。当风筝在放飞时受到风力后风筝面会弯曲成弧形，称为软翅风筝；也有一些风筝在制作时，用线将风筝面事先拉成弧形，都是利用上述原理使风筝姿态稳定。三、风筝制作实例下面介绍风筝制作的几个典型实例，供同学们制作时参考。1、十字风筝这种风筝用横竖两根竹条做骨架，横竹条长约45cm，宽厚均匀3mm，两头可稍薄；竖竹条长约62cm，宽厚均匀为3.5mm。蒙面材料可采用皮纸、塑料薄膜、尼龙绸等，若用纸质材料，应用细线包边，防止撕裂。在尾部粘上用蒙面材料做成的宽4cm，长约2.4m的长尾条，再将横竹条背面用细线拉紧，使风筝面变成弧形，以增加飞行的稳定性。这种风筝姿态的稳定主要靠长长的尾条。提线用两根，大致位置见图5(a)。2、王字风筝这种风筝以用四根竹条扎成王字形而得名，基本结构如图5(b) 所示；三根横向竹条长55cm（下方的一根也可略短），竖向竹条长50cm，4根竹条宽厚均为3.5mm左右，蒙面及两根尾巴的材料同十字风筝。风筝的飞行稳定依靠两根长长的尾巴，可以将尾条尾端粘在一起，使在空中象只书包。提线用两根，位置如图示。3、三角风筝这种风筝设计巧妙，飞行状态象伞翼机，主要是靠风筝面向上拱起成弧形达到姿态稳定的见图6（c）。该种风筝用宽厚各3.5mm的三根竹条做骨架，另用一根粗细相仿的弹性竹条做背面的撑杆，一般用尼龙绸做蒙面。其设计巧妙之处，一是用布面代替提线，增大了等效垂直尾翼面积，增加了稳定性图6(a)；二是背面的弹性竹条可以随风力大小改变弯曲程度，从而改变风筝向上拱起的程度，风力大时，需要较高的稳定性，弹性竹条就弯得厉害，风筝向上拱起的程度增大图6(b)，这种风筝的缺点是风力太大时背面撑杆会弯过头，使迎风面积大幅度减小，升力骤减，风筝会调头向下坠落，解决的办法是将背面撑杆改为稍短的无弹性硬杆，两端固定牢。风筝的尺寸为：等腰三角形两根腰杆长85cm，中线杆长60cm，背面撑杆长度可试验决定，等腰三角形的底边靠尼龙绸自身的强度，也可加上几根短尾条作装饰。四、城市的光污染什么是光污染 国际上一般将光污染分成3类,即白亮污染,人工白昼和彩光污染. 1,白亮污染 阳光照射强烈时,城市里建筑物的玻璃幕墙,釉面砖墙,磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线,明晃白亮,眩眼夺目.专家研究发现,长时间在白色光亮污染环境下工作和生活的人,视网膜和虹膜都会受到程度不同的损害,视力急剧下降,白内障的发病率高达45%.还使人头昏心烦,甚至发生失眠,食欲下降,情绪低落,身体乏力等类似神经衰弱的症状. 夏天,玻璃幕墙强烈的反射光进入附近居民楼房内,增加了室内温度,影响正常的生活.有些玻璃幕墙是半圆形的,反射光汇聚还容易引起火灾.烈日下驾车行驶的司机会出其不意地遭到玻璃幕墙反射光的突然袭击,眼睛受到强烈刺激,很容易诱发车祸. 2,人工白昼 夜幕降临后,商场,酒店上的广告灯,霓虹灯闪烁夺目,令人眼花缭乱.有些强光束甚至直冲云霄,使得夜晚如同白天一样,即所谓人工白昼.在这样的不夜城里,夜晚难以入睡,扰乱人体正常的生物钟,导致白天工作效率低下.人工白昼还会伤害鸟类和昆虫,强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程. 3,彩光污染 舞厅,夜总会安装的黑光灯,旋转灯,荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染.据测定,黑光灯所产生的紫外线强度大大亮于太阳光中的紫外线,且对人体有害影响持续时间长.人如果长期接受这种照射,可诱发流鼻血,脱牙,白内障,甚至导致白血病和其他癌变.彩色光源让人眼花缭乱,不仅对眼睛不利,而且干扰大脑中枢神经,使人感到头晕目眩,出现恶心呕吐,失眠等症状.科学家最新研究表明,彩光污染不仅有损人的生理功能,还会影响心理健康. 4,光污染对眼睛的危害 2001年8月7日,美国一家研究机构公布了一个令世人为之哗然的数据;夜晚的华灯造成的光污染已使全世界五分之一的人对银河系视而不见.研究人员之一埃尔维奇说:许多人已经失去了夜空,而正是我们的灯光使夜空失色.他认为,现在世界上约有三分之二的人生活在光污染里. 而在目前,我国的一项研究结果也表明,光污染对人眼的角膜和虹膜造成伤害,引起视疲劳和视力下降.我国高中生近视率达60%以上的主要原因,并非用眼习惯所致,而是视觉环境受到污染. 5,预防办法 首先要配置不同颜色.20世纪90年代初,美国科学家曾做过一个著名的色块刺激实验,发现不同颜色(光频率)对眼疲劳的影响有着明显的差异.针对这一原理,美国等一些国家和部分图书采用了黄底色纸张印刷,确实比白色要舒服一些.而在德国,室内装修墙壁粉刷时,人们已开始理性地适用一些浅色,主要是米黄,浅蓝等,来代替刺眼的白色.2000年初,英国艾塞克斯大学的薄膜覆盖法获得成功:采用一些特定颜色(频率)的薄膜覆盖在书本上,阅读时会使眼睛放松,不容易串行,还明显地提高阅读效率. 其次,建筑物装修要服从都市环境保护要求,尽量不用玻璃大理石,铝合金等材料,涂料也要选择反射系数低的.欧美一些国家早在20世纪80年代末,就开始限制在建筑物外部装修使用玻璃幕墙,不少发达国家或地区也明文限制使用釉面砖和马赛克装饰外墙.而在我国,许多城市仍将玻璃幕墙等作为一种时髦装饰大量使用,导致城市的光污染源大量增加.这是一个必须正视的问题. 第三,室内装修要合理布置灯光.这不单指亮度,位置,角度的合理性,还包括颜色格调,光源类型,配光方式等一系列问题.具体来讲,一是要注意色彩的协调;二是要避免眩光,以利于消除眼睛疲劳,保护视力;三是要合理分布光源,顶棚光照要照亮;四是光线照射方向和强弱要合适,避免直射人的眼睛. 第四,要注意个人保健.专家建议,个人如果不能避免长期处于光污染的工作环境中,应该定期去医院眼科作检查,以及时发现病情.生活中的一些细节也不要忽视,如出外郊游应戴上起保护作用的遮阳镜,青年人应尽量少去歌厅,舞厅等五、天空为何有那么多的颜色？和我们每天都一起的天空有很多的颜色，这个现象有不少的人观察到了，也有不少的去注意了这些现象，也有一些学生会问起，但有时老师也一时不能回答的很全面，有时学生的知识还不够，所以对这些现象的解释也有可能听不懂，但当学生学了有关光的一些基本知识“几何光学”、“光的本性”后，我们应该让学生利用所学的知识真正的知道和了解“为何天空有那多的颜色”，这不仅是学生对周围一种自然现象观察的一种肯定，也是培养学生善于观察自然、热爱自然和保护自然一种科学精神的好途径，也进一步的说明所学科学知识的实用性。1、问题的发现学生对平时天空的颜色变化的观察并不是很全面，那么让学生用一星期的时间去好好的观察一下天空颜色的变化，学生经过一星期的有意识的观察，提出了以下有代表性的问题：（1）为何天空是蓝色的，而不是绿色或红色的？（2）为何早晨和傍晚天空是红色的？（3）为何落日后的天空还会在一段时间内呈现深蓝色？（4）从月亮上看地球是什么颜色？2、原理“几何光学”和“光的本性”的知识， 3、研究过程先让学生好好的回顾一下有关光学的知识：太阳光是一种复合光，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光复合而成的，光在同种均匀介质中是直线传播的，当光进入不同介质时会发生反射和折射，当光碰到微粒时会发生散射现象，由光的本性可知光又是一种波，那么有波所特有的现象衍射现象，衍射现象的明显程度和光的波长有关，当波长越大，那么对同一条件下，衍射现象越明显，而太阳光中的七种单色光红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的波长依次变短，波长最长的是红光，最短的是紫光。让学生知道人之所以能看到东西或颜色，是因为有对应的光线过入人的眼睛。天空并不是空的，它由很多很多微粒组成，其中百分之九十九不是氮气便是氧气，其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒，来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或火山爆发出来的岩灰。（1）为何天空是蓝色的，而不是绿色或红色的？天空中的这些微粒很小，一般只有一滴雨水的百万分之一，但是它们也照样能阻挡阳光的去路，光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回，自然也就改变了自己的方向，太阳光中的红光和橙光的波长比较长，所以发生明显衍射现象容易，当波长较长的红光和橙光碰到空气中的微粒时，能轻易绕过，继续传播，而蓝光和紫光的波长比较短，所以衍射不是很明显，不能轻易绕过“绊脚石”而继续传播，便被散射得到处都是，布满整个天空。天空，就是这样被散射成了蓝色了。发现这种散射现象的科学家叫瑞利，他是在130年前发现的，他也是诺贝尔奖获得者。（2）为何早晨和傍晚天空是红色的？由于早晨和傍晚的时候太阳光照射到你这个地方所经过的大气层的路比中午时长的多，如图所示，那么阳光在大气层中走的路长了，在传播过程中碰的微粒也多了，蓝光和紫光的散射也就多了，空中仅留下一点点使你的肉眼看得见的红光和橙光因为红光和橙光的波长长，能绕过微粒而继续传播，所以我们在早晨和傍晚看到天空是红色的。（3）为何落日后的天空还会在一段时间内呈现深蓝色？细心一些，你会看到落日后的天空还会在一段时间内呈现深蓝色，这个也曾是科学家们关心的一件怪事，（让学生有一种自豪感，自己发现的现象也是当初科学家所发现和注意的现象，激发学生发现科学、热爱科学的热情）物理学家在50年前揭开了这个谜：导致落日后的天空呈现深蓝色的原因是一种特殊的物质，这种物质在离地球表面20至30公里的高空处聚集成一个厚厚的一个层面，叫做臭氧层，这种气体进入地球的太阳光起到像颜色过滤器那样的作用，它截获太阳光中的黄光和橙光，却无法阻拦地让蓝光通过。在日落后空中的光已很少了，这时只有少许的蓝光通过臭氧层进入，只有当最后的少许蓝光消失时，所有的颜色才消失在黑暗的夜色中，所以落日后的天空还会在一段时间内呈现深蓝色。臭氧层不仅导致黄昏的蓝色天空，还吞下一种人无法看到的特殊光线：紫外线，过多的紫外线照射对所有的生物有危险，如果它在你裸露的皮肤上照射得太久，你就会得晒斑，从而得皮肤癌。臭氧层在大气层中都有足够的厚度能截获尽可能多的紫外线，这对于我们这个星球上的全体生命来说，是极其重要的，可惜在今天，这个生命攸关的保护层在许多地方都已经变薄了，在南极上空已经形成了一个大的空洞，而破坏臭氧层的凶手就是“氟里昂”一种人们用来喷洒护发摩丝或用在冰箱和空调上的制冷物质，这是一种对臭氧层特别有害的物质，所以许多国家已经不再使用这种“臭氧层杀手”了。（能过这些知识的传授，也培养了学生保护自然和环保意识）（4）从月亮上看地球是什么颜色？学生从电视和有些书中也知道了从月亮上看地球的颜色是蓝色的，但也不知道为何是蓝色的。人能看到东西或颜色，是由于有光线进入人的眼睛，那么在宇宙或月亮上，没有大气，也就没有了大量的微粒，而当人向地球看时，我们的地球有三分之二的面积被海水覆盖，而海水也是散发着蓝光，陆地上虽然有土地的褐色或森林的绿色，然而上空却总是蓝色的，从宇宙中看来，整个地球都被裹着一块轻柔的蓝色面纱，所以地球被做为“蓝色星球”。 学生能过这个课题的研究，使学生对身边观察到的的现象能真正用所学的知识去解释了，也培养了学生观察能力、分析问题能力，也是让学生学会发现问题、解决问题的能力，也是在加强学生环保意识。六、对“弯道问题”的思考目前，国际性田径比赛使用的是周围有400米半圆式跑道的田径运动场。跑道通常设有8条分道，各宽1.221.25m,弯道半径(内道)37.898m(下取37.90m)，两圆中心距为80m。200m、400m等项目的竞赛都涉及到弯道途中跑。由于弯道占全程的约2/3，弯道技术往往成为致胜关键。图1设运动员以恒定速率在半径为的弯曲跑道上赛跑。由于运动方向不断变化，这实质上是一种变速运动，运动员的整个身体要向内(加速度方向)倾斜。为了使人体不倾倒，地面给运动员脚的反作用力必须通过人体质心C，这样可保证对质心的力矩为零。与重力的合力即运动员作曲线运动的向心力，方向指向圆心，大小为。事实上，这里所说的地面给运动员的力F实际上就是支持力N与静摩擦力f之和。竖直方向的重力与支持力N的合力为零，与作圆周运动无关；水平方向平行于地面的静摩擦力提供了运动员在弯道上的向心力。由图1可知：即 可见，速度越快、半径越小，所需要的向心力越大。对不同道次上的运动员而言，跑道半径R不同，即使速率相同，人体的倾斜角度并不相同。假设某一运动员在弯道上的速率为10m/s，则从最内侧跑道到最外侧跑道所需要的向心力、倾斜角见下表：弯道半径R(m)37.9039.1540.4041.6542.9044.1545.4046.65向心力(R为37.90m时取1)10.970.940.910.880.860.830.81倾斜角(度)15.0714.6114.1813.7713.3813.0112.6712.34弯道半径小，向心力(摩擦力)大，人体的倾斜角度大，对弯道技术要求高，此时运动员对地面沿半径方向的蹬踏作用也随之增大，这在一定程度上增加了运动员的额外负担。相同速率下，运动员在最内侧跑道与最外侧跑道上比赛时，向心力相差约19%，人体的倾斜角相差近3。这正是运动员重视比赛道次安排的重要原因。图2能否如图2所示将跑道表面设计成像火车弯道那样向内倾斜，以支持力与重力的合力提供向心力，从而减少摩擦力，以求得各道次的公平竞赛？诚然，跑道设计成图2形状，可使摩擦力减少，如果速率适当，摩擦力甚至可以为零。若将不同半径的跑道设计成不同倾角，在减少摩擦力这一点上可达到相对公平。但此时的支持力N在数值上为重力与惯性离心力之和，大于人的重力，运动员就好像背上了“额外重物”在平直跑道上沿直线赛跑。显然，不同道次上运动员所背“额外重物”并不同，弯道半径越小，“额外物”越重。倾斜跑道增加了设计、施工的难度，却难以达到“公平竞赛”的要求。七、汽车里的物理问题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。以汽车为知识载体的命题，也愈来愈频繁地出现在卷面上，今后也必将是高考能力考查的热点。本文将探讨有关的物理问题。1汽车的摩擦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。V摩擦动力图1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（如图1），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。2汽车的起动问题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；另一种是以匀加速起动。当汽车以恒定功率Pe起动时，由知，V增大，F减小；由知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，由知V增大，F减小；由知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，则有所以2）汽车以恒定加速度起动，加速度，功率随速度增大而增大，V在达最大值之前，经历了2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代入数据解得对汽车的起动问题，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况，最后根据试题的具体情况进行求解。3汽车的车距问题行驶的汽车间要保持一定车距，目的是为了防止追尾相拉，因为即使驾驶员紧急刹车，汽车还将继续滑行一段距离。假设紧急刹车时的制动力恒定，则汽车在刹车后将做匀减速直线运动，可见车距的大小与正常行驶速度有关。例2（1999年全国高考物理试题）为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离，已知某高速公路的最高限速为120km/h。假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历的时间（即反应时间）t=0.50s，刹车时汽车受到阻力的大小f为车重的0.40倍，该高速公路上汽车间的距离至少变为多少？（取重加速度为10m/s2）解析 在反应时间内，汽车做匀速运动，运动的距离为 设刹车时汽车的加速度的大小a，汽车的质量为m，则。自刹车到停下汽车运动的距离为 汽车的间距至少应为 联立解得 4汽车的转弯问题汽车转弯时，常需减速行驶，否则有冲出路面的危险。若将汽车转弯过程视为其做圆周运动过程，转弯速度越大，其需向心力越大，也就越容易向外滑出路面。例3汽车沿半径为R的圆跑道行驶，设跑道路面是水平的，路面作用在车轮上的摩擦力最大值是车重的1/10，要使汽车不致冲出跑道，汽车行驶的最大速度不得超出多少？解析 假设汽车以最大速度做匀速圆周运动，则需有指向圆心的向心力作用，这个向心力由车轮受到的静摩擦力来提供。汽车拐弯时，弯道的半径一定，速度越大，需要的向心力也越大。由于静摩擦力的数值在零到最大静摩擦力范围内变化，因而速度在一个相应的范围内变化仍可保证汽车沿弯道行驶，如果速度很大，需要的向心力大于最大静摩擦力，汽车就会冲出弯道的外沿。汽车转弯所需的向心力，汽车受到静摩擦力，由于摩擦力提供汽车做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有 解得5汽车的刹车问题我们有时会看到交警用卷尺测量肇事汽车刹车时印痕的长度，据此确认事故责任。其实凡留下长长的连续的刹车印痕的这种刹车方法本身就有问题没有最大限度的利用静摩擦力，以致刹车距离较长，且无法转向，造成“脚踩香蕉皮，滑到哪里是哪里”的危险局面。例4假设踩下刹车时汽车的初速度，如果一下子把车刹死，则汽车将在地面上滑行多远，是否还有更好的制动方式。（设刹车时汽车车头不下沉、车尾不上抬，）解析 由于刹车时车头不下沉、车尾不上抬，可近似认为，故，从而得。那么汽车刹车后将继续前进的距离为即汽车要滑行约一个半篮球场那么大的一段距离，而且只能眼睁睁地朝“目标”撞去而无法转向！所以更好的制动方式是采用“点“刹法，即快速地踩、放、踩、放刹车一方面充分利用刹车装置的“内摩擦”使车轮转速迅速下降，另一方面反复利用轮胎跟地面的静摩擦力就能使汽车更快地减速，并保持能让汽车转向的能力。从能量转换的角度上看，采取一刹到底的方法，汽车的完全用来克服轮胎跟地面间的滑动摩擦力做功，即。采取点刹时，汽车的动能主要消耗在刹车装置的内部，轮胎跟地面仍保持不滑动，故轮胎与地面之间的静摩擦，而，故刹车距离也就小了。事实证明，有经验的驾驶员会在情况紧急时采用点刹；经验不足的驾驶员往往因“一刹到底”而导致事故。好在高科技已为许多高档汽车提供了“防抱死刹车装置（ABS）”，此装置的微电脑能对车轮的运动进行监控，一旦发现车轮发生抱死时，微电脑立即指令放松刹车，从而使汽车在整个过程中最大限度地利用静摩擦力的最大值，达到安全有效的刹车目的。八、日常生活中的物理知识科学思维方式物理是一门历史悠久的自然学科，物理科学作为自然科学的重要分支，不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用，而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。从亚里士多德时代的自然哲学，到牛顿时代的经典力学，直至现代物理中的相对论和量子力学等，都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现。随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域。例如，光是找找汽车中的光学知识就有以下几点：1汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点，使看到的实物小，观察范围更大，而保证行车安全。2汽车头灯里的反射镜是一个凹镜它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的。3汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩汽车头灯由灯泡、反射镜和灯前玻璃罩组成。根据透镜和棱镜的知识，汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体。在夜晚行车时，司机不仅要看清前方路面的情况，还要看清路边持人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用，所以灯罩通过折射，根据实际需要将光分散到需要的方向上，使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物，同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射，以便照明路标和里程碑，从而确保行车安全。4轿车上装有茶色玻璃后，行人很难看清车中人的面孔茶色玻璃能反射一部分光，还会吸收一部分光，这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔，必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面。由于车内光线较弱，没有足够的光透射出来，所以很难看清乘客的面孔。5除大型客车外，绝大多数汽车的前窗都是倾斜的当汽车的前窗玻璃倾斜时，车内乘客经玻璃反射成的像在国的前上方，而路上的行人是不可能出现在上方的空中的，这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来，司机就不会出现错觉。大型客车较大，前窗离地面要比小汽车高得多，即使前窗竖直装，像是与窗同高的，而路上的行人不可能出现在这个高度，所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆。再如下面一个例子：五香茶鸡蛋是人们爱吃的，尤其是趁热吃味道更美。细心的人会发现，鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候，如果你急于剥壳吃蛋，就难免连壳带“肉”一起剥下来。要解决这个问题，有一个诀窍，就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会，然后再剥，蛋壳就容易剥下来。一般的物质（少数几种例外），都具有热胀冷缩的特性。可是，不同的物质受热或冷却的时候，伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来，密度小的物质，要比密度大的物质容易发生伸缩，伸缩的幅度也大，传热快的物质，要比传热慢的物质容易伸缩。鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的，它们的伸缩情况是不一样的。在温度变化不大，或变化比较缓慢均匀的情况下，还显不出什么；一旦温度剧烈变化，蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里，蛋壳温度降低，很快收缩，而蛋白仍然是原来的温度，还没有收缩，这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩，而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了，这样就使蛋白与蛋壳脱离开来，因此，剥起来就不会连壳带“肉”一起下来了。明白了这个道理，对我们很有用处。凡需要经受较大温度变化的东西，如果它们是用两种不同材料合在一起做的，那么在选择材料的时候，就必须考虑它们的热膨胀性质，两者越接近越好。工程师在设计房屋和桥梁时，都广泛采用钢筋混凝土，就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样，尽管春夏秋冬的温度不同，也不会产生有害的作用力，所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。另外，有些电器元件却是用两种热膨胀性质差别很大的金属制成的。例如，铜片的热膨胀比铁片大，把铜片和铁片钉在一起的双金属片，在同样情况下受热，就会因膨胀程度不同而发生弯曲。利用这一性质制成了许多自动控制装置和仪表。日光灯的“启动器”里就有小巧的双金属片，它随着温度的变化，能够自动屈伸，起到自动开启日光灯的作用。这样的例子举不胜举，物理是一门实用性很强的科学，与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。谈到物理学，有些同学觉得很难；谈到物理探究，有同学觉得深不可测；谈到物理学家，有同学更是感到他们都不是凡人。诚然，成为物理学家的人的确屈指可数，但只要勤于观察，善于思考，勇于实践，敢于创新，从生活走向物理，你就会发现：其实，物理就在身边。正如马克思说的：“科学就是实验的科学，科学就在于用理性的方法去整理感性材料”。物理不但是我们的一门学科，更重要的，它还是一门科学。物理学存在于物理学家的身边。勤于观察的意大利物理学家伽利略，在比萨大教堂做礼拜时，悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣，后来反复观察，反复研究，发明了摆的等时性；勇于实践的美国物理学家富兰克林九、空调的输出功率和耗电量有什么关系啊？空调使用所谓的热泵，热泵也就是通过使用电能把热量从一个地方“搬运”到另外一个地方。输出功率就是热泵搬运的热量，耗电量就是热泵使用的电能。输出功率与耗电量之比就是能效比，这个比值越大，说明这台空调越先进。 比如你的空调制冷3500W，制热4000W；耗电量制冷、制热都是1250W，说明你的空调制冷时每小时能从房间“搬运”到室外3500W的热量，制热时每小时能从室外“搬运”4000W的热量到房间，所使用的电能都是1250W。 所以，你的空调用一个小时，耗电为1.2度十、家电中的物理知识探究之一：电冰箱压缩式电冰箱是电机压缩式电冰箱的简称，它主要有以下三个构成部分：箱体、制冷系统与控制系统。而其中最关键的是制冷系统。 现在就来看看制冷系统是如何工作的。它是利用物态变化过程中的吸热现象，使之气液循环，不断地吸热和放热，以达到制冷的目的。其具体过程是：通电后压缩机工作，将蒸发器内已吸热的低压、低温气态制冷剂吸入，经压缩后，形成温度为5558，压强为1128帕的高压、高温蒸气，进入冷凝器。由于毛细管的节流，使压力急剧降低。因蒸发器内压力 低于冷凝器压力，液态制冷剂就立即沸腾蒸发，吸收箱内的热量变成低压、低温的蒸气。再次被压缩机吸入。如此不断循环，将冰箱内部热量不断的转移到箱外。正是因为这样，所以夏天用冰箱来冷却房间，不但是不可能的，反而会使其内部温度升高。 通过以上分析，我们知道只要压缩机一工作，其机体内就有高压存在，并且在断电后，要有段时间才能消失，这就是冰箱为什么不能在关机后立即开机的原因所在。下面详细分析一下其内在机理。 电冰箱在运行过程中，其制冷系统压缩机的吸气侧移为低压侧，其压力略高于大气压力。压缩机的排压侧移为高压侧，压强高达117007帕左右，两侧的压强差很大(压力差也是很大)，停机后两侧系统仍然保持这个压力差，如果立即起动，压缩机活塞压力加大，电机的压动力矩不能克服这样的压力差，使电机不能起动，处于堵转状态，这就使得旋转磁场相对于转子的转速加快，磁通量的变化率加大了，从而导致电机绕组的电流剧增，温度升高，如果时间长，很有可能烧毁电机。因此要求停机后过45分钟再起动。十一、家电中的物理知识探究之二：微波炉微波炉顾名思义是用微波来加热 ， 用的频率是24. 5亿赫左右的超短波 ， 它 由磁控管产生 ， 经微波炉金属器壁反射再反射后 ， 被炉中的物吸收 。 食物能吸收微波是因为食物中含有水分 。 水分子为极性分子 ， 一端为正 极 ，一端为负极 ，而微波是电磁波 ，有正半周与负半周 。24. 5亿赫即表示 该微波在一秒钟内变换正负极达 24. 5亿次 ，每换一次 ，水分子即跟随反转一次 ；由于水分子一直振动反射 ，也就摩擦生热 ，热被食物分子吸收 ，食物 就会变热 、变熟 。 并不是任何容器都适合装食物放进微波炉内加热的 ，譬如金属容器就能 。 这是因为金属会反射微波 ，使食物中的水分子无法吸收 ，且会发出刺耳的声 音 。微波容器必须能让微波穿透 ，进入食物 ，又能耐高温 ，不致燃烧或分泌 出毒素 ，所以纸木餐具 、漆器 、某些塑胶等都不适合 ，瓷器 、陶器 、耐热 玻璃 、聚丙烯 、聚乙以及微波炉适用的保鲜纸都可以使用 。十二、家电中的物理探究之三：电磁炉电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为烹饪之神和绿色炉具。电磁炉的主要构成 电磁炉主要有两大部分构成：电子线路部分及结构性包装部分。 电子线路部分包括：功率板、主机板、灯板、线圈盘及热敏支架、风扇马达等。 结构性包装部分包括：瓷板、塑胶上下盖、风扇叶、风扇支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、合格证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡通箱。十三、怎样预防电器火灾当前，随着我国人民群众生活水平的不断提高，大量的各种各样的家用电器不断走进居民家庭，成为我们日常生活中离不开的必需品。然而，随着家用电器的日益增多，生活用电的大量使用，潜在的电气方面的火灾隐患也在不断地上升，发生了许多令人深思令人心痛的火灾事故。家庭电器防火已成为我们当前火灾预防工作中的一项十分重要和紧迫的工作。 所谓的电气火灾一般是指由于电气线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放的热能；如高温、电弧、电火花以及非故障性释放的能量；如电热器具的炽热表面，在具备燃