用物理掌控生活

葛璇

物理學在現實生活中應用廣泛，本文通過列舉社會、生活、科技等領域的一些應用，以幫助學生更好的理解力學的內容，并能夠靈活地處理實際問題.

生活實例1 為了安全，在公路上行駛的汽車之間應保持必要的距離，已知某高速公路的最高限速v= 40 m/s.假設前方車輛因故障突然停止，后車司機從發現這一情況，經操縱剎車，到汽車開始減速所經歷的時間（即反應時間）t0=0.5 s.剎車時汽車的加速度大小為4m/s².高速公路上汽車間的距離s至少應為多少？（取重力加速度g =10 m/s²）

知識點：勻變速直線運動的規律、運動過程的分析

解析 在反應時間內，汽車做勻速運動，反應過來后，汽車做勻減速運動

高速公路上行駛的汽車的距離至少應為220 m.

【名師點睛】正確的理解題意是解決問題的關鍵.分析運動過程，知道安全距離的計算方法，然后利用相應規律才能正確求解.

生活實例2 自卸式貨車可以提高工作效率.如圖1所示，在車廂由水平位置逐漸抬起到一定高度且貨物還未滑離車廂的過程中，貨物所受車廂的支持力F_N和摩擦力F_f都在變化.下列說法中正確的是（ ? ?）

A.F_N逐漸減小

B.F_N先減小后不變

C.F_f逐漸增大

D.F_f先增大后不變

知識點：力的平衡，受力分析，力的動態平衡

解析 貨物的受力如圖2所示，根據共點力平衡得：

F_N=mgcos θ

F_f= mgsinθ

θ增大，則F_N減小，F_f增大.故A、C正確，B、D錯誤.

故選：AC.

【名師點睛】解決本題的關鍵是能夠正確地分析受力，運用共點力平衡求解支持力和摩擦力，再根據實際情況判斷斜面傾角的變化，從而判斷支持力和摩擦力的變化.

生活實例3 避險車道是避免惡性交通事故的重要設施，由制動坡床和防撞設施等組成，如圖3豎直平面內，制動坡床視為與水平面夾角為θ的斜面.一輛長12 m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛入制動坡床，當車速為23 m/s時，車尾位于制動坡床的底端，貨物開始在車廂內向車頭滑動，當貨物在車廂內滑動了4m時，車頭距制動坡床頂端38 m，再過一段時間，貨車停止.已知貨車質量是貨物質量的4倍.貨物與車廂間的動摩擦因數為0.4，貨車在制動坡床上運動受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0.44倍.貨物與貨車分別視為小滑塊和平板，取cos θ=l，sin θ=O.l，g =10m/s².求：

（1）貨物在車廂內滑動時加速度的大小和方向：

（2）制動坡床的長度.

知識點：勻變速直線運動的應用、牛頓第二定律、木板滑塊模型

解析 （1）設貨物質量為m，受到貨車支持力大小為N1，車對貨物摩擦力大小為f1，以貨物為研究對象，受力分析如圖4.

【名師點睛】此題涉及兩個研究對象，需要選擇合適的物理過程進行研究解答.解題的關鍵是將實際問題模型化.本題模型是斜面上的小滑塊和平板.易錯點是求貨車的加速度時容易漏掉貨物對貨車向前的摩擦力，求坡的長度時容易忽略貨車的長度，

生活實例4 某電視臺“快樂向前沖”節目中的場地設施如圖6所示，AB為水平直軌道，上面安裝有電動懸掛器，可以載人運動，水面上漂浮著一個半徑為R，角速度為ω，鋪有海綿墊的轉盤，轉盤的軸心離平臺的水平距離為L，平臺邊緣與轉盤平面的高度差為H.選手抓住懸掛器，可以在電動機帶動下，從4點下方的平臺邊緣處沿水平方向做初速度為零.加速度為a的勻加速直線運動.選手必須作好判斷，在合適的位置釋放，才能順利落在轉盤上.設人的質量為m（不計身高大小），人與轉盤間的最大靜摩擦力為μmg，重力加速度為g.

（1）若已知日=5 m，/=8 m，a=2 m/s²，g= 10m/s²，且選手從某處C點釋放能恰好落到轉盤的圓心上，則他是從平臺出發后經過多長時間釋放懸掛器的？

（2）假設選手落到轉盤上瞬間相對轉盤速度立即變為零，為保證他落在距圓心R/2以內不會被甩出轉盤，轉盤的角速度ω應限制在什么范圍？

知識點：牛頓第二定律結合運動學、平拋運動規律、網周運動規律

解析 （1）沿水平加速段位移為x1，時間為t1;平拋運動的水平位移為x2，時間為t2.則加速時有

【名師點睛】把復雜的生活實際情況模型化是解決問題的有效方法.參賽選手在闖關過程中分別經歷了勻加速運動、平拋運動和圓周運動，每種運動的特點大家都是熟知的，運用相應規律去計算就相對簡單了.

生活實例5 2008年9月25日21時10分04秒，“神舟”七號從酒泉衛星發射中心成功發射升空.“神舟”七號飛船已經進入遠地點347公里、近地點200公里的預定橢圓軌道，9月26日凌晨4點，飛船在成功變軌之后，進入343公里的近圓軌道，“神舟”七號的發射由國家衛星氣象中心負責提供空間天氣保障，國家氣象中心利用了風云四號同步衛星進行氣象測控.已知風云四號同步衛星離地的高度為3.6×l0⁴ km（地球的半徑為6.4×l0³ km，地球表面的重力加速度g=10m/s³）請根據以上材料回答下列問題：

1.“神舟”七號飛船在圓軌道上運行時，質量為120 kg的艙外航天服所受重力的大小？

2.“神舟”七號飛船在橢圓軌道上運行時的周期多大？（保留兩位有效數字）

知識點：開普勒定律、萬有引力定律

解析 （1）在地球表面的重力加速度為g，則有

【名師點睛】本題考察萬有引力定律的應用，但注意，涉及橢圓運動的問題，萬有引力提供向心力的表達式在運行的過程中不再適用，需要應用普勒定律進行思考計算.

生活實例6節能混合動力車是一種可以利用汽油及所儲存電能作為動力來源的汽車.有一質量m =1 000 kg的混合動力轎車，在平直公路上以v1= 90 km/h勻速行駛，發動機的輸出功率為P =50 kW.當駕駛員看到前方有80 km/h的限速標志時，保持發動機功率不變，立即啟動利用電磁阻尼帶動的發電機工作給電池充電，使轎車做減速運動，運動L=72 m后，速度變為v2=72 km/h.此過程中發動機功率的1/5用于轎車的牽引，4/5用于供給發電機工作，發動機輸送給發電機的能量最后有50%轉化為電池的電能.假設轎車在上述運動過程中所受阻力保持不變.求：

（1）轎車以90 km/h在平直公路上勻速行駛時，所受阻力F阻;

（2）轎車從90 km/h減速到72 km/h過程中，獲得的電能 E電;

（3）轎車僅用其在上述減速過程中獲得的電能E電維持72 km/h勻速運動的距離L′.

知識點：機車啟動問題、動能定理、能量守恒

【名師點睛】本題以機車啟動問題為基礎，考察了機車啟動過程的動力學分析、動能定理和能量守恒，內容較多，應注意分割各小題進行解答，同時注意相互間的聯系.考查對規律的理解能力、推理能力和分析綜合能力.