物理考试与交通

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  “衣、食、住、行”是中考物理试题中最为广泛的题材.近年来各地中考试卷中关于“行”的问题屡见不鲜,内容涉及交通工具的发展、交通安全及交通运输中的一些自然现象和环保等问题.这类考题多以能量、功、功率、效率、压强、浮力、摩擦力、速度、参照物为主要考点,还会涉及噪声、物态变化、惯性、电磁波、光现象等知识;考查的形式有选择题、填空题、实验探究题、综合题,其中以综合题为重;考查难度上实验探究题和综合题较难,其他题型大多为基础题.下面采撷几例,供同学们参考.
  一、关于交通工具的物理试题
  例1 物理就在我们身边,自行车上有很多物理知识.下列说法中错误的是( ).
  A.螺母下面垫一个垫圈,是为了增大压强
  B.车轴上装有滚动轴承是为了减小摩擦
  C.车轮的外胎做有凹凸花纹是为了增大摩擦
  D.尾灯可以将从不同方向射向它的光反射,让后面的人看到
  解析 A影响压强大小的因素是压力的大小和受力面积的大小,可以通过改变压力和受力面积的大小来改变压强,螺母下面加垫圈增大了受力面积,故而是减小压强,以减少螺母对工件的损伤,所以A是错误的;B、C实际生活中减小摩擦的方法通常是减小接触面的粗糙程度或是变滑动为滚动;D自行车的尾灯实际就是角反射器,当平面镜互相垂直时,反射光线与入射光线平行,即光线从哪里来,还反射到哪里去,这将会引起司机注意而避免事故的发生.所以本题选A.
  说明 伴随着汽车的普及,现实中的交通堵塞、能源紧张、环境污染等问题开始困扰着我们,回归传统和自然的呼声越来越高,“骑上你的自行车”成为倡导“国际无车日”(9月22日)活动的宣传用语.从自行车的结构和使用来看,应用了非常多的物理知识,包括力学、声学、光学、材料属性等方面,平时多注意观察,定能将其知识活学活用.
  例2 我国第五代隐形战机—歼20已研制并试飞成功,速度可达声速的2.35倍.若以680m/s的速度飞行,10s内可飞行
  m;飞行时,以    为参照物,飞行员是静止的;机翼的横截面设计成如图2所示的形状,是利用了在气体中流速越大的地方压强越    的原理,从而使机翼的上下表面产生压力差,为飞机提供升力.
  解析 根据公式s=vt即可算出飞机飞行的距离;物体运动和静止,关键取决于参照物的选取;流体压强与流速的关系是:流速越大的地方,压强越小.
  答案 6800、飞机、小.
  例3 我国自行研发的纯电动中巴车的质量约为2000kg,静止时轮胎与路面接触的总面积约为0.2m2,以30m/s的速度沿水平路面匀速行驶时的输出功率约72kW.(g取10N/kg)
  (1)中巴车所受的重力是多少?
  (2)静止时中巴车对路面的压强有多大?
  (3)以30m/s匀速行驶时,所受阻力是多少?
  (4)中巴车改用汽油作动力,以72kW的输出功率行驶1h,至少要燃烧多少L的汽油?(汽油的热值为3.2×107J/L)
  解析 本题的综合性强,涉及到重力、压强、功率、热值的有关计算,解题时要熟练掌握相关的公式,找出题干中隐含的等量关系,最后代入数值计算.值得一提的是在第4问中,热值q=3.2×107J/L,此处单位是J/L,故在选择公式时应用Q=Vq来进行运算.
  (1)已知中巴车的质量约为2000kg,g取10N/kg,利用公式G=mg代入数值就可以计算出中巴车的重力
  G=mg=2000kg×10N/kg=2×104N.
  (2)已知中巴车静止时轮胎与路面接触的总面积约0.2m2,又因为中巴车受到的压力等于它的重力,利用公式p=■就可以计算出中巴车对路面的压强
  F=G=2×104N,p=■=■=1×105Pa.
  (3)已知中巴车的速度是30m/s,匀速行驶时的输出功率约是72kW,利用公式P=■=Fv就可以计算出牵引力,再利用二力平衡的知识可知中巴车匀速行驶时牵引力等于阻力,就可以求出中巴车所受阻力
  F=■=■=2400N,
  即f=F=2400N.
  (4)已知输出功率是72kW,行驶时间是1h,可利用W=Pt计算出功,而汽油燃烧放出的热量和功相当,最后利用Q=Vq计算出汽油的体积.
  W=Pt=72000W×3600s=2.592×108J;汽油燃烧放出的热量和中巴车的牵引力所做的功相等,即Q=W=2.592×108J,
  V=■=■=8.1L.
  说明 2010年上海世界博览会,世博园区内公共交通采用120辆无尾气、零排放的电动汽车.这些车辆既是承担着园区内部交通的交通工具,又承担着展现世博主题、传承世博理念的重任.随着石油危机和环境污染的加剧,人们普遍认为电动车是未来地面交通发展的主要方向.
  例4 电动自行车是备受人们青睐的一种交通工具,如图3所示,它可以电动骑行,亦可以脚踏骑行,电动骑行时,蓄电池对车上电动机供电,电动机为车提供动力,下表是某型号电动自行车主要技术参数.
  (1)电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是多大?
  (2)表中“12A·h”表示蓄电池充满电时储存的电荷量,相当于“It”的值,则蓄电池充足一次电可储存的能量是多少?
  (3)从环保的角度来看,与摩托车相比,电动自行车有什么优缺点?(各列举一条)
  解析 (1)已知额定电功率P和额定电压U,利用公式P=UI,计算额定电流
  I=■=■=5A.
  (2)利用公式W=UIt可求电功,即是蓄电池所储存的能量,注意在解题过程中单位要统一,这里“It”中的时间t是以小时为单位的,要统一成为国际单位,以秒为单位,
  W=UIt=48V×12A×3600s=2073600J.
  (3)电动自行车无尾气,噪音小,但蓄电池需常更换,废旧蓄电池要污染环境.
  说明 本题以电动自行车为载体,考查电功率和电功的计算,以及能源的利用和对环境的污染.体现物理与生活的紧密联系,考查了同学们对应用知识解决实际问题的能力.很多同学不理解什么是蓄电池所储存的能量,这就需要对问题进行转化,蓄电池储存多少能量就是能够对外做多少电功,有了这一认识后,问题就会迎刃而解.   二、关于交通安全的物理试题
  自然只赋予每个人一次生命的机会,生命是多么的可贵.现代科学技术创造出各种各样的交通工具,给人类生活带来了便利,同时也成为掠夺生命的工具.应用物理知识能够认识交通肇事的成因以及预防方法,从而将交通安全根固在头脑中.
  例5 阅读短文,回答问题.
  汽车刹车之后
  现代社会汽车大量增加,发生的一个重要原因是遇到意外情况时不能立即停止,司机从看到情况到肌肉动作到操作制动器需要一段时间,这段时间叫反应时间;在这段时间内汽车要保持原速前进一段距离,叫反应距离;从操作制动器刹车,到车停下来,汽车又要前进一段距离,这段距离叫制动距离.
  下表是一个机警的司机驾驶一辆保养得很好的汽车在干燥的水平公路上以不同的速度行驶时,测得的反应距离和制动距离.
  (1)汽车在正常行驶时,车轮与地面间的摩擦是      摩擦;刹车后,由于
  汽车还会继续向前滑行一段距离.
  (2)利用上表数据,算出该司机的反应时间大约是    s.
  (3)分析上表数据,可知影响汽车制动距离的主要因素是    .
  (4)为提醒司机朋友在雨雪天气里注意行车安全,在高速公路旁设置了“雨雪路滑,减速慢行”的警示牌,请简要说明这句话的物理道理.
  解析 (1)摩擦有静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦三种.车轮在地面上滚动,这种摩擦为滚动摩擦,急刹车时车轮与地面间的摩擦为滑动摩擦.刹车后车仍前行是由于惯性.
  (2)40km/h=11m/s,t=■=■=0.64s.
  (3)由表中数据可知:速度由40km/h到100km/h,对应的制动距离由8m到54m,故知行驶速度越大,制动距离越长.所以影响制动距离的因素主要是车迷.
  (4)雨雪路滑,接触面的粗糙程度减小,摩擦力减小.汽车制动后,由于惯性仍向前运动,摩擦力越小越不易停下来,所以要减速慢行.
  说明 “十次肇事九次快”,这是人们从无数次重大交通事故中得出的结论,超速行驶是交通肇事发生的主要原因之一,车辆超速的危害主要有:(1)超速使车辆交会频繁,驾驶人的反应时间减少,发生碰撞事故的几率增加;(2)超速使车辆离心力增大,一旦附着力小于离心力,就会导致翻车;(3)超速使驾驶人长时间紧张,容易出现疲劳,操作失误,酿成事故;(4)超速使驾驶人视野狭窄,对速度、路况的判断力减弱;(5)超速使制动停车距离加长、冲击力加大,发生事故的危害性增大.
  例6 图4甲是城市很多路口安装的监控摄像头,它可以拍摄违章行驶或发生交通事故时的现场照片.摄像头的镜头相当于一个凸透镜,它的工作原理与
  相似.图乙和丙是一辆汽车经过路口时与一辆自行车相撞后拍摄的两张照片,由图可以看出汽车所成的像变小,与此对应的像距将变    .
  解析 本题主要考查的是凸透镜成像规律的应用,解题关键是要掌握照相机成像规律,搞清物距像距之间的关系.凸透镜成像的规律:物距大于一倍焦距小于二倍焦距成倒立放大实像,像距大于二倍焦距,应用是幻灯机、投影仪.物距大于二倍焦距成倒立缩小实像,像距大于一倍焦距小于二倍焦距,应用是照相机.物距小于一倍焦距成正立放大的虚像,应用是放大镜.成实像时:物像异侧,物距变大,像距变小,像变小.所以答案是:照相机、变小.
  说明 视频监控系统可以帮助交警部门动态监控以及准确记录道路车辆及人员信息,提高道路安全管理水平,提升打击违法犯罪的战斗力,并为快速侦破案件提供科学、有效的依据.
  例7 从2011年5月1日起,执行酒驾重罚新规定.交警使用的某型号酒精测试仪的工作原理如图5所示.电源电压恒为9V,传感器电阻R2的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小,当酒精气体的浓度为0时,R2的电阻为80Ω.使用前要通过调零旋钮(即滑动变阻器R1的滑片)对测试仪进行调零,此时电压表的示数为8V.求:
  (1)电压表的示数为8V时,电流表的示数为多少?
  (2)电压表的示数为8V时,滑动变阻器R1的电阻值为多少?
  (3)调零后,R1的电阻保持不变.某驾驶员对着测试仪吹气10s,若电流表的示数达到0.3A,表明驾驶员醉驾,此时电压表的示数为多少?
  解析 从电路图分析可知,R1和R2串联,电压表测量R2两端电压.
  (1)已知R2两端电压和R2阻值,
  I=I1=I2=■=■=0.1A.
  (2)已知电源电压和R2两端电压,可得U1=U-U2,再由公式R1=■计算R1的阻值.
  U1=U-U2=9V-8V=1V,
  R1=■=■=10Ω.
  (3)当R1的电阻保持不变,电流表的示数I′为0.3A时,U′1=I′R′1=0.3A×10Ω
  =3V,U ′2=U-U ′1=9V-3V=6V.
  说明 本题在考查欧姆定律、串联电路电压的特点(串联电路中各部分电路的电压之和等于总电压)的同时,向同学们又一次发出暗示:物理学习要关注社会、关注科技、关注生产生活.
  例8 目前汽车刹车器均采用油压制动.油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉,形成能源的浪费.现有一种汽车再生制动器,能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来,有效地利用了能量.
  (1)从能量转化的角度看,汽车再生制动器相当于( ).
  A.电动机 B.汽油机 C.发电机
  (2)实际上汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力,仍需要与油压制动器配合使用,产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求,若某汽车以72km/h的速度行驶,刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化关系如下表:
  ①汽车刹车时,再生制动器所产生的刹车阻力大小随时间的变化情况是( ).
  A.逐渐增大
  B.先增大后不变
  C.先增大后减小
  D.先增大后不变再减小
  ②在图6甲中作出汽车刹车时再生制动器0~0.8s内产生的刹车阻力随时间变化的图像.   ③如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×l04N,由图甲可知t=0.5s时再生制动器产生的刹车阻力约   N,此时油压制动器还需产生   N的刹车阻力.
  ④在满足③的刹车阻力作用下,汽车的行驶路程与时间变化的关系如图乙所示,则在0~0.5s内汽车克服刹车阻力所做的功为    J.
  解析 (1)要掌握发电机的概念,知道发电机是将其他形式的能转换为电能的机器.并且要知道电动机是将电能转化为机械能的机械;热机是将内能转化为机械能的机械.要看制动器是哪一种机械,关键是看其在工作过程中的能量转化情况.再生制动器能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来,将机械能转化为电能,从能量的转化角度应为发电机.故答案为C.
  (2)①从表中数据可知,从0到0.8s之间,再生刹车阻力f不断增大,从0.8s到1.2s刹车阻力保持1.0×104N不变,从1.2s以后刹车阻力又不断减小,所以汽车刹车时,再生制动器所产生的刹车阻力大小随时间的变化情况是先增大后不变再减小.应选D.
  ②首先根据已知条件进行描点,然后用平滑的曲线将各点连接起来.
  ③由图甲可以看出,当t=0.5s时,再生制动器产生的刹车阻力约8.6×103N,所以油压制动器产生的阻力应为
  f油=1×104N-8.6×103N=1.4×103N.
  故答案为:8.6×103N;1.4×103N.
  ④要解决此题,需要掌握功的计算公式W=Fs,刹车阻力的大小f=1×104N,由图乙知,0.5s内通过的路程为10m.所以克服刹车阻力做的功为
  W=fs=1×104N×10m=1×105J.
  说明 此题考查了发电机工作过程中能量转化的规律,同时给出一些信息,让同学们根据所学的知识来解决问题,主要考查了同学们的阅读理解、识图和分析数据归纳得出结论的能力.同时考查了同学们的作图水平,如果描点不准或不是用平滑的曲线进行连接,那么,根据图像读出的数据就会有较大的偏差.
  三、交通运输中涉及到的一些自然现象
  例9 逆风骑自行车时,弯着身体,会省力些;雨天,撑伞逆风行走时,风速越大,行走越困难.这是因为受到空气阻力的作用.物体所受空气阻力大小与哪些因素有关呢?小明猜想可能与物体的迎风面积和风速有关.为验证以上猜想,小明选用了如下器材:可调速电风扇(高、中、低三档)、弹簧测力计、面积不同的塑料挡板三块、光滑玻璃板、小车.
  (1)小明设计了如图7所示实验,用电风扇向小车及挡板吹风,模拟小车运动时受到的空气阻力.根据   的知识,通过弹簧测力计即可测出小车受到的空气阻力.
  (2)小明在探究风速对小车所受空气阻力的影响时,保持迎风面积一定,测得数据如下:
  通过对表中数据分析,可得出的结论是    .
  (3)小明还想探究迎风面积对小车所受空气阻力的影响,请你帮他设计出主要的实验步骤:    .
  (4)你认为影响物体所受空气阻力大小的因素可能还有     .(写出一个)
  解析 物体所受空气阻力的影响因素可能很多,应从物体本身和周围环境中分析.如:物体的迎风面积、风速;根据控制变量法,就应分别控制迎风面积相同时,观察风速对阻力影响;控制电风扇风速不变,观察迎风面积对空气阻力的影响.
  (1)实验时,空气的阻力不能直接测量,但是当小车受到的空气阻力和弹簧测力计的拉力作用下,处于静止状态,根据二力平衡可知,拉力与阻力是一对平衡力,大小相等,则通过弹簧测力计即可测出小车受到的空气阻力.
  (2)在迎风面积相同时,风速越大,阻力越大.
  (3)保持电风扇风速不变,在小车上放置面积不同的塑料挡板,分别测出小车所受到的空气阻力.
  (4)物体的形状、物体表面光滑程度.
  说明 根据同学们的生活经验,提出了值得探究,但同学们又不太清楚怎么去探究的问题,结合实验探究的诸多环节,适当进行铺垫和引领,对同学们控制变量法的掌握水平、设计实验的能力、数据处理能力等进行了较好地考查.
  例10 请仔细阅读下文,并回答文后问题.
  汽车的尾气
  汽车为人类文明作出了巨大的贡献,同时对自然生态环境的恶化,也负有难以推卸的责任.某些城市交通发达,车辆川流不息.行驶的汽车大量排放含氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等废气.在强烈的日光作用下,这些排放物发生光化反应,生成二次污染物.这是一种浅蓝色、有刺激性的烟雾--光化学烟雾.
  自20世纪50年代以来,光化学烟雾在世界上许多大城市都发生过,它造成庄稼等植物大面积受害,建筑物被腐蚀,大气的能见度降低等.
  我国政府为了减少汽车尾气带给人们的危害,花费了大量的精力、财力.由于天然气和液化石油气的热值大、价格低,燃烧后生成物中不含铅,污染少.因此,在北京街头,随处可见到用天然气或液化石油气作为燃料的汽车,成为当年“绿色奥运”的一个新亮点.
  (1)汽车排放的废气在    作用下,可能发生光化学反应,生成光化学烟雾.
  (2)针对环境污染,汽车使用天然气或液化石油气作燃料的优点是    .
  (3)除文中介绍的光化学烟雾造成的危害事例外,请你另举一例:    .
  (4)请你另外提出一条治理汽车尾气污染的合理化建议:
  .
  解析 解决此题的关键是根据题目提取重要信息,
  (1)强烈的日光作用下,这些排放物发生光化学反应,生成二次污染物.这是一种浅蓝色、有刺激性的烟雾——光化学烟雾.故答案为:强烈的日光.
  (2)由于天然气和液化石油气的热值大、价格低,燃烧后生成物中不含铅,污染少,故答案为:不含铅,污染少.
  (3)答案为:车祸增加.
  (4)因太阳能是未来理想能源,且不会造成环境污染,安全清洁,故答案为:推广使用太阳能汽车等.
  说明 在现代文明的今天,汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具.自从1886年第一辆汽车诞生以来,它给人们的生活和工作带来了极大的便利,并且发展成为近现代物质文明的支柱之一.但是,我们也应该看到,在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时,随之而来的是一系列问题:堵车现象、停车难、环保问题、能源危机等等,值得我们深思.
  针对性练习
  1.科学家研制了一种新型装甲飞车——飞行悍马(如图8所示),它是汽车和直升机的结合体.
  (1)“飞行悍马”飞行时与地面联系是通过    传递信息的.
  (2)“飞行悍马”在加油时,驾驶员会闻到柴油的气味,这是    现象.
  (3)在水平地面上匀速行驶的“飞行悍马”,5s内通过125m,它的速度是  m/s;在这段时间内牵引力做功3.5×105J,发动机的功率是    W.
  2.从2011年5月1日起,驾驶员酒醉后驾车要负刑事责任.酒精测试仪可检测驾驶员是否酒后驾车,如图9所示是它的原理图.图中R1为定值电阻,酒精气体传感器R2的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小,如果驾驶员呼出的酒精气体浓度越大,那么测试仪的( ).
  A.电压表示数不变
  B.电压表示数越大
  C.通过传感器的电流越小
  D.传感器两端的电压越大
  3.在2008年初的南方雪灾中,连续的寒冷天气使气温长期在0℃以下,我们在电视中看到这样一个现象:当路面结冰无法行驶时,护路人在路面上撒大量盐,路面上冰会在0℃以下熔化,从而使道路畅通.
  (1)请你就这个现象提出一个物理问题.并针对你提出的问题作出合理猜想.
  (2)要使汽车能在雨雪路面上行驶,还可采用其他什么方法?并说明理由.(说出一条即可)
  参考答案
  1.电磁波 扩散 25 7×104
  2.B
  3.(1)提出问题:加入盐后,为什么冰在0℃以下就可以熔化呢?
  猜想:加入盐后,冰的熔点降低了.
  (2)可在汽车轮上加防滑链.这样可以加大汽车轮与路面的摩擦力,从而使汽车能安全行驶.
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问题概要分析:  国家《物理课程标准》中將“从生活走向物理,从物理走向社会”作为课程的基本理念,强调科学过程和科学方法的学习,关注科学o技术o社会观念的渗透,注重技能的训练.由此,在全国各地区的物理中考试题中均不同程度的体现出该理念.可以说,在人类文明和社会发展取得进步的过程中,物理学的每一个新的发现或是技术发展到每一个新的阶段,都必将造福于人类.体现在医疗领域,现代的医学研究、医疗手段、医院单位