生活中的物理常识如何在科学课堂中加以应用？

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生活中的物理常识如何在科学课堂中加以应用？
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1、 两车间为何要保持车距？ 前后车之间要保持一定的距离，距离的多少要根据汽车行驶速度、驾驶员的反应时间、汽车的制动功能、路面情况而定。     反应时间与驾驶员的身体状况、注意力集中程度有关。     制动功能与汽车本身性能有关。千万不可忽视汽车会临时出现故障哦。     路面情况要考虑雨天、下雪天、结冰、沙石、稻草等影想。 2、蚂蚁从高处落下为何不会摔死？ 众所周知，人从楼上掉下摔不死也会摔成重伤，可是蚂蚁从高处落下却会安然无恙，你知道其中的密秘吗？ 　　原来是这样：物体在空气中运动时会受到空气的阻力，其阻力的大小与物体和空气接触的表面积大小有关。越小的物体其表面积大小和重力大小的比值越大，即阻力越容易和重力相平衡，从而不致于下降的速度越来越大，也就是说微小的物体可以在空气中以很小的速度下落，所以蚂蚁落地时速度很小，不致于摔死。 　　我们还可以设想一种方法使蚂蚁摔死：把蚂蚁放在一根真空的长玻璃管中。当蚂蚁在这种管子中下落时，因为没有空气阻力，如果管子足够长，蚂议就有可能摔死。 3、跳高运动员为何要助跑？ 在体育比赛中，跳远的运动员选择较长的助跑距离，而跳高 运动员的助跑距离则要短得多。如果选择较长的助跑距离，是否 就跳不高呢？ 　　跳高运动员能腾起越过横杆，靠的是助跑的惯性力和起跳蹬 地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的，而支撑反 作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身体重心沿 着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度，取决于起跳时 腾起初速度和腾起角的大小，也就是说，腾起初速度和腾起角是 增加跳高高度的关键。一般说来，应该尽可能增大这两项数值。 最大腾起角为90度。然而，由于跳高不是单纯的垂直向上运动， 越过横杆还必须有一个向前的力量；再则，还须充分利用水平速 度来增大腾起初速度，因此，腾起角应小于90度。至于腾起初速度 ，则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大， 跳得就越高。当腾起角一定时，腾起初速度是起决定作用的。 4、桥面为何要设计成拱形向上的？ 桥是不是不应该设计成拱形向上的，而应该设计成凹形的为好。因为汽车在向下行驶之前具备一定的势能，这个势能可以帮助它顺利地到达桥的那一端。可是拱形向上的桥却没有这个优点。     桥设计成向上的理由，是因为汽车经过桥中部时，桥所承受的压力较小；而相比之下，凹形桥承受的压力较大。 由于汽车经过一个弧形的时候，需要有一个向心力F，它是由重力Mg和支承力N合成的。 在拱形桥：F=Mg-N ∴ N=Mg-F 在凹形桥：F=N-Mg ∴ N=F-Mg 由上述两个式子可见，拱形桥的N较小，N是桥对汽车的支承力，其大小等于汽车对桥的压力。所以拱形桥对桥的结构强度设计上有利。至于茜露的理由是对汽车而言，为了汽车能利用势能节约一点汽油，反而改变桥的设计，这岂不是本末倒置了吗？ 5、肥皂泡为什么开始时上升，随后便下降? 日常生活中，我们常看到一些小朋友吹肥皂泡，一个个小肥皂泡从吸管中飞出，在阳光的照耀下，发出美丽的色彩。此时，小朋友们沉浸在欢乐和幸福之中，我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中，形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升，随后便下降，这是为什么呢?     这个过程和现象，我们只要留心想一下，就会发现，它其中包含着丰富的物理知识。在开始的时候，肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气，肥皂膜把它与外界隔开，形成里外两个区域，里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时，肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度，根据阿基米德原理可知，此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它会上升。这个过程就跟热气球的原理是一样的。     随着上升过程的开始和时间的推移，肥皂泡内、外气体发生热交换，内部气体温度下降，因热胀冷缩，肥皂泡体积逐步减小，它受到的外界空气的浮力也会逐步变 小，而其受到的重力不变，这样，当重力大于浮力时，肥皂泡就会下降。 6、作用力与反作用力 能使物体运动状态发生变化的力叫作用力，反作用力是作用力的反冲力。牛顿力学中的三大定律之一就是“作用力与反作用力”定律。作用力与反作用力的例子在日常生活中无处不在： 1.人走在路上，人给地面一向后作用力，地面给人一向前的反作用力，于是人 往前运动； 2.火箭也是靠反作用力，才能飞向太空。 7、过山车中的物理知识 过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。 在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的"发动机"将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。 第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到"山丘"的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它 不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要"等待"质量中心越过高点被引力推动。 到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是为了"平衡"引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。 8、弹簧无处不在： 在我们的日常生活中，弹簧形态各异，处处都在为我们服务。常见的弹簧是螺旋形的，叫螺旋弹簧。做力学实验用的弹簧秤、扩胸器的弹簧等都是螺旋弹簧。螺旋弹簧有长有短，有粗有细：扩胸器的弹簧就比弹簧秤的粗且长；在抽屉锁里，弹簧又短又细，约几毫米长；有一种用来紧固螺母的弹簧垫圈，只有一圈，在紧固螺丝螺母时都离不开它。螺旋弹簧在拉伸或压缩时都要产生反抗外力作用的弹力，而且在弹性限度内，形变越大，产生的弹力也越大；一旦外力消失，形变也消失。有的弹簧制成片形的或板形的，叫簧片或板簧。在口琴、手风琴里有铜制的发声簧片，在许多电器开关中也有铜制的簧片，在玩具或钟表里的发条是钢制的板簧，在载重汽车车厢下方也有钢制的板簧。它们在弯曲时会产生恢复原来形状的倾向，弯曲得越厉害，这种倾向越强。有的弹簧像蚊香那样盘绕，例如，实验室的电学测量仪表（电流计、电压计）内，机械钟表中都安装了这种弹簧。这种弹簧在被扭转时也会产生恢复原来形状的倾向，叫做扭簧。     形形色色的弹簧在不同场合下发挥着不同的功能： 1. 测量功能 　　我们知道，在弹性限度内，弹簧的伸长（或压缩）跟外力成正比。利用弹簧这一性质可制成弹簧秤。 2. 紧压功能 　　观察各种电器开关会发现，开关的两个触头中，必然有一个触头装有弹簧，以保证两个触头紧密接触，使导通良好。如果接触不良，接触处的电阻变大，电流通过时产生的热量变大，严重的还会使接触处的金属熔化。卡口灯头的两个金属柱都装有弹簧也是为了接触良好；至于螺口灯头的中心金属片以及所有插座的接插金属片都是簧片，其功能都是使双方紧密接触，以保证导通良好。在盒式磁带中，有一块用磷青铜制成的簧片，利用它弯曲形变时产生的弹力使磁头与磁带密切接触。在钉书机中有一个长螺旋弹簧它的作用一方面是顶紧钉书钉，另一方面是当最前面的钉被推出后，可以将后面的钉送到最前面以备钉书时推出，这样，就能自动地将一个个钉推到最前面，直到钉全部用完为止。许多机器自动供料，自动步枪中的子弹自动上膛都靠弹簧的这种功能。此外，像夹衣服的夹子，圆珠笔、钢笔套上的夹片都利用弹簧的紧压功能夹在衣服上。 3. 复位功能 　　弹簧在外力作用下发生形变，撤去外力后，弹簧就能恢复原状。很多工具和设备都是利用弹簧这一性质来复位的。例如，许多建筑物大门的合页上都装了复位弹簧，人进出后，门会自动复位。人们还利用这一功能制成了自动伞、自动铅笔等用品，十分方便。此外，各种按钮、按键也少不了复位弹簧。 4. 带动功能 　　机械钟表、发条玩具都是靠上紧发条带动的。当发条被上紧时，发条产生弯曲形变，存储一定的弹性势能。释放后，弹性势能转变为动能，通过传动装置带动时、分、秒针或轮子转动。在许多玩具枪中都装有弹簧，弹簧被压缩后具有势能，扣动扳机，弹簧释放，势能转变为动能，撞击小球沿枪管射出。田径比赛用的发令枪和军用枪支也是利用弹簧被释放后弹性势能转变为动能撞击发令纸或子弹的引信完成发令或发火任务的。 5. 缓冲功能 　　在机车、汽车车架与车轮之间装有弹簧，利用弹簧的弹性来减缓车辆的颠簸。 6. 振动发声功能 　　当空气从口琴、手风琴中的簧孔中流动时，冲击簧片，簧片振动发出声音 9、雨衣为什么不透水呢？ 下雨天，外出的人们不是打伞，就是穿雨衣。雨衣为什么不透水呢？奥妙就在制作材料上。就拿布制雨衣来说吧，它是用防雨布（经过防水剂处理的普通棉布）制成的。防水剂是一种含有铝盐的石蜡乳化浆。石蜡乳化以后，变成细小的粒子，均匀地分布在棉布的纤维上。石蜡和水是合不来的、水碰见石蜡，就形成椭圆形水珠，在石蜡上面滚来滚去。可见，是石蜡起了防雨的作用。物理学上把这种不透水的现象，叫做“不浸润现象”。而水一旦遇到普通棉布，就通过纤维间的毛细管渗透进去，这就叫做“浸润现象”。 物体是由分子组成的。同一种物质的分子之间的相互作用力，叫做内聚力；而不同物质的分子之间的相互作用力，叫做附着力。在内聚力小于附着力的情况下，就会产生“浸润现象”；反之，则会出现“不浸润现象”。雨衣不透水，正是由于水的内聚力大于水对雨衣的附着力的缘故。 物理学还告诉我们：水的内聚力作用在水表面形成表面张力。水的表面张力使水面形成一层弹性薄膜，当水和其他物体接触时，只要水对它不浸润，那么这层弹性膜就是完好的、可以把水紧紧地包裹着。有人试验过：巧妙地把水倒进浸过蜡的金属筛里，水并没有从筛眼里漏下去。 常见的玻璃，看起来光滑晶亮。可是，水遇上它，却紧紧地缠住不放，带来了种种麻烦：下雨的时候，车前窗玻璃上的雨水挡住了司机的视线，很不安全，于是只好开动划水器，把雨水排去；戴眼镜的人，在喝热水的时候，镜片立即蒙上一层雾汽，挡住了视线，什么东西也看不见了。 人们知道了水的表面张力的特性，了解了水的内聚力与附着力的关系以后，不仅巧妙地制成了雨衣，而且还造出了新颖的“憎”水玻璃——在普通玻璃上涂一层硅有机化合物药膜，它大大削弱了雾汽对玻璃的附着力。用这种憎水玻璃做镜片，为戴眼镜的人解除了蒙雾的苦恼；把这种玻璃安在车的前窗上，划水器也就用不着了。现在你该能说出篷布、布伞不漏雨的道理了吧！ 10、“香蕉球”是怎样踢出来的？ 如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。 　　为什么足球会在空中沿弧线飞行呢？原来，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是拔脚踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时，一方面空气迎着球向后流动，另一方面，由于空气与球之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。物理知识告诉我们：气体的流速越大，压强越小（伯努利方程）。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。 　　乒乓球中，运动员在削球或拉弧圈球时，球的线路会改变，道理与“香蕉球”一样。 要以最快的速度從一個地方去到數百公里，甚至數千公里以外的地方，一般人都會選擇乘搭飛機。可是，在不久的將來，一種新的交通工具將會帶領人們以高速於城市之間穿梭。 目前為止，一般的子彈火車能以 200 km/h 的速度前進。由于火車與路軌之間的磨擦力限制了火車的最高速度，所以人們便開始研究能懸浮於路軌之上的火車，於是便有磁浮火車的出現了。 顧名思義，磁浮火車是利用磁力使火車懸悬浮於路軌之上。磁浮火車經常被称为 Mangle，即 Magnetically Levitated train 的簡寫。但是，利用一般的磁鐵並不能把火車穩定地浮起。要是你将兩塊磁鐵的北極相對，你會發現無法使一塊磁鐵穩定地浮在另一塊上 (圖一)。所以，要把火車浮起並不如想像中般簡單。 真正磁浮火車是如何浮起來的？目前，磁浮火車還在試驗階段。德国科學家設計了一個名為 Transrapid 的系統，利用了「電磁力懸浮法」(EMS) 把火車浮起 (圖二)。在這個系統中，火車的底部包著一條導軌，在火車底部起落架的電磁鐵向著導軌，磁力使火車懸浮在導軌之上約一厘米，即使在靜止的時候，火車仍然保持浮起。其他导引磁鐵則能使火車在行使時保持穩定。 日本的科學家則利用了「電动力懸浮法」(EDS) 把火車浮起。還記得甚麼是「電磁感应」嗎？當磁鐵在导體附近移動，導體內的磁場會因而改變 (圖三)，並感應出電流。感應電流又能產生磁場，根據楞次定律， 這樣產生出來的磁場總是傾向於抗拒引起這個感應的改變。「電動力懸浮法」應用了電磁感應的原理。圖四(a)顯示了這種磁浮火車的原理。火車在導槽內行走，槽的兩邊安有一系列 "8" 字形的線圈。當一輛列車快速駛過時，車兩邊的超導磁鐵便會在線圈上感應出電流。巧妙的是，超導磁鐵在 "8" 字形的線圈中心以下經過，因此 "8" 字形線圈下半部的磁通量改變比上半部大，感應出如圖四(b)所示的電流， 產生磁力。"8" 字形線圈下半部的磁極與超導磁鐵的磁極相同，上半部則與之相反，結果是這兩部分的線圈對超導磁鐵產生的磁力，都有一個向上的分力，把列車懸浮起來。由於"8" 字形線圈只有在超導磁鐵運動時才能感應出電流並產生磁性，因此當火車靜止的時候，便不能浮起。所以，火車在啟動時會首先靠輪子來滑行，直到產生的磁力足以承托火車的重量，才將輪子收起來，就好像飛機起飛一樣。 那麼，磁浮火車是怎樣被推動的？它的基本原理很簡單。以日本的磁浮火車為例。移動的列車帶同超導磁鐵在導槽兩邊的線圈感應出電流，根據這些訊息，系統便會把交流電輸入導槽兩邊的推進線圈，產生南北梅花間竹的磁極 (圖五)，對超導磁鐵造成拉力和推力，使列車加速。 磁浮火車能懸浮在路軌上行駛，免除了火車與路軌之間的磨擦力，故能以高速飛馳。估計未來的磁浮火車能以高達 500 km/h 的速度行駛，比現在最快的火車速度要高一倍。此外，磁浮火車非常寧靜。德國農民在磁浮火車路軌附近工作，幾乎察覺不到有火車經過呢！但磁浮火車有一個缺點，就是建造導軌的費用昂貴。磁浮火車只能在這些導軌上走，大大限制了它的發展。估計未來的鐵路發展，仍會以傳統火車為主。 值得中國人民興奮的是，世界上第一條商用的磁浮鐵路將於 2003 年於中國面世。這個計劃耗資 26 億元人民幣。到時 Transrapid 磁浮火車將會帶領人們以 200 km/h 的高速穿梭於 上海市中心 和浦東國際機場之間，整個旅程只需 10 分鐘！