Question

目前，城市中交通堵塞的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重．為了解決交通堵塞問題，科研人員設(shè)計(jì)了一種機(jī)動(dòng)立交橋．機(jī)動(dòng)立交橋又叫車載橋，它主要由動(dòng)力車和橋板組成，使用時(shí)展開橋板搭建一座臨時(shí)立交橋，使其他車輛順利通過橋面，排除交通堵塞，在行駛過程中橋板能折疊起來放在車頂，如圖所示．

下表是某機(jī)動(dòng)立交橋的動(dòng)力車的有關(guān)技術(shù)性能數(shù)據(jù)．其中排氣量是指發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的工作容積．空燃比是指吸氣沖程中吸入氣缸內(nèi)的空氣和汽油的質(zhì)量之比．

車型	動(dòng)力車
排氣量	7L
最大功率	130kW
空燃比	14：1
汽油熱值	4.6×107J/kg

請(qǐng)回答下列問題：
（1）機(jī)動(dòng)立交橋橋板為什么采用有花紋的鋼板？
（2）當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，吸氣沖程中吸入氣缸內(nèi)汽油和空氣的混合氣密度為1.5kg/m³．1min內(nèi)高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功3000次．請(qǐng)你計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)每次吸入混合氣的質(zhì)量，1min內(nèi)汽油完全燃燒放出的熱量．
（3）請(qǐng)你從物理學(xué)角度對(duì)該機(jī)動(dòng)立交橋的設(shè)計(jì)提出兩條合理的改進(jìn)建議．

Answer 1

分析：機(jī)動(dòng)立交橋橋板采用花紋是利用了摩擦知識(shí)．為了防止車輛打滑，要增大摩擦力，在壓力一定時(shí)，增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦力．
知道吸氣沖程的容積和混合氣的密度，能求出混合氣的質(zhì)量，根據(jù)空燃比，可以求出一個(gè)吸氣沖程中汽油的質(zhì)量m_油．
1min內(nèi)高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功3000次，要經(jīng)過3000個(gè)吸氣沖程，吸入3000倍的m_油．
根據(jù)Q=mq求出汽油完全燃燒放出的熱量．
從機(jī)動(dòng)立交橋的安全性考慮．

解答：解：（1）在壓力一定時(shí)，采用花紋的鋼板，是為了增大接觸面的粗糙程度，來增大摩擦．
（2）每一個(gè)吸氣沖程吸入的汽油和空氣的總質(zhì)量為：
m_混=ρ_混V_混=1.5kg/m³×7×10^-3m³=1.05×10^-2kg．
每一個(gè)吸氣沖程吸入的汽油質(zhì)量為：
m_油=

m混

15

=

1.05×10-2kg

15

=7×10^-4kg．
1min內(nèi)汽油完全燃燒放出的熱量：
Q=mq=3000m_油q=3000×7×10^-4kg×4.6×10⁷J/kg=9.66×10⁷J．
（3）采用密度小強(qiáng)度大的材料，減輕機(jī)動(dòng)立交橋橋板質(zhì)量；機(jī)動(dòng)立交橋展開時(shí)可在橋下加幾根撐桿，防止橋被壓垮．

點(diǎn)評(píng)：本題的綜合比較強(qiáng)，涉及到的知識(shí)比較多，涉及到密度、熱值、摩擦、沖程等幾個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)．
本題的應(yīng)用性比較強(qiáng)，所以在生活中多觀察生活，把物理和生活聯(lián)系起來，學(xué)以致用．