Question

8．2005年2月，舟山大陸連島工程二期項(xiàng)目--金塘大橋、西堠門大橋被國家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)．據(jù)悉，金塘大橋全長 27千米．規(guī)劃中的大橋?yàn)殡p向4車道，設(shè)計(jì)車速為60千米/時．圖甲為金塘大橋效果圖，其主通航孔橋采用雙塔雙索面斜拉橋方案，如將大橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，可以抽象成圖丁所示的模型．

（1）可以看出它用到了杠桿的科學(xué)知識（填“杠桿”或“斜面”）．為了減小鋼索承受的拉力，在需要與可能的前提下，可以適當(dāng)增加（填“增加”或“減小”）橋塔的高度．
（2）設(shè)汽車質(zhì)量5×10³千克，在大橋上按設(shè)計(jì)車速勻速行駛時受到的阻力為車重的0.06倍，求汽車通過大橋所需的時間和汽車發(fā)動機(jī)的功率．（g取10牛/千克）
（3）在大橋建設(shè)過程中必須做好工程沿線生態(tài)環(huán)境的保護(hù)工作，如施工過程中產(chǎn)生的鉆渣泥沙要妥善處置，不得隨意拋棄，盡量減少對底棲水生生物的危害等．作為舟山市民，請你為大橋建設(shè)中如何減少對環(huán)境的污染再提出一個合理化的建議：嚴(yán)格控制強(qiáng)噪聲機(jī)械作業(yè)的時間段，以防止運(yùn)輸車輛的噪聲污染．

Answer 1

分析 （1）通過圖示的模型結(jié)合杠桿的定義，即可確定它用到的相關(guān)知識；通過橋高度的變化，結(jié)合圖示模型分析出杠桿五要素中哪個量發(fā)生了變化，然后再利用杠桿平衡條件分析出原因；
（2）已知汽車的質(zhì)量，可以得到其重力；已知阻力與重力的關(guān)系，可以得到汽車受到的阻力；已知汽車勻速行駛，牽引力與阻力相同，已知牽引力和車速，利用公式P=Fv得到牽引力的功率；
（3）應(yīng)從環(huán)境保護(hù)角度分析．

解答 解：
（1）圖中所示的模型，可以看做是一個在力的作用下靜止在水平位置的硬棒，結(jié)合杠桿的定義，即可知道它就是杠桿的模型．所以用到了杠桿的知識．
由圖可知，若增加塔橋的高度，增加了支點(diǎn)O到鋼索的垂直距離，即增大了動力臂，根據(jù)公式F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$，可知，在阻力和阻力臂不變的情況下，動力臂越大，動力越小，即橋?qū)︿撍鞯睦�力就越�。?br />（2）汽車受到的重力為：G=mg=5×10³kg×10N/kg=5×10⁴N，
汽車發(fā)動機(jī)的牽引力為：F=f=0.06G=0.06×5×10⁴N=3×10³N
汽車行駛的速度為v=60km/h=60×$\frac{1}{3.6}$m/s=$\frac{50}{3}$m/s
汽車的功率為：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=3×10³N×$\frac{50}{3}$m/s=5×10⁴W；
（3）施工作業(yè)中產(chǎn)生的廢水要處理后人海：施工人員的生活垃圾、生活廢水不要直接倒入附近海域；防止施工和運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的廢氣和灰塵污染；嚴(yán)格控制強(qiáng)噪聲機(jī)械作業(yè)的時間段：防止運(yùn)輸車輛的噪聲污染．
故答案為：（1）杠桿；增加；
（2）汽車通過大橋時汽車牽引力的功率為5×10⁴W；
（3）嚴(yán)格控制強(qiáng)噪聲機(jī)械作業(yè)的時間段，以防止運(yùn)輸車輛的噪聲污染．

點(diǎn)評 將圖示的鋼索斜拉橋抽象成杠桿模型是解決第一小題的突破口；掌握功率的變形式P=Fv是解答本題的關(guān)鍵．