物理校本课程教材《身边的物理学》

校 本 课 程 教 材 （物理科） 古柏 物理组 编著 目 录 第一课、自行车中的物理知识堂教学------------------（3） 第二课、过山车中的物理知识 -----------------------（10） 第三课、江河大堤与水库大坝 -----------------------------------（13） 第四课、体育中的物理------------------------------（16） 第五课、汽车安全气囊系统组成及其工作原理----------------（23） 第六课、电饭锅工作原理及保养常识----------------------------（30） 第七课、微波炉的工作原理-----------------------------------------（33） 第八课、了解冰箱的构造---------------------------------------------（42） 第一课 自行车中的物理知识 自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，常见的有普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自行车等．它结构简单，方便实用，下面分别介绍自行车的有关原理和其中涉及到的相关物理知识。 （一）自行车的有关原理 1、 车体设计原理 　　Ａ：手把连接前轮的转向机制是轮轴的运用，一般女装车手把大多比较宽，就是因为把“轮”的半径加大，可以更省力，骑起来很优雅． 　　Ｂ：剎车把手是一个简单的杠杆，使用者用很小的力就可对剎车片产生很大的压力． 　　Ｃ：前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在接地点产生向后的摩擦力来使车体减速．以前轮夹式剎车和传统后轮轴心的盘式剎车来比较，对同样大小的剎车压力而言，前者因力臂较长，会比后者有较大的力矩，效果较佳． 　　Ｄ：接地的轮胎也是靠摩擦力使车子前进，剎车也是同样道理． 　　Ｅ：轮轴中央用滚珠轴承加黄油来减少摩擦，提高传动效率． 　　Ｆ：踏板是轮轴的运用． 　　Ｇ：前后齿轮是利用链条传动的齿轮系统，因为前大后小，所以费力而省时，可以把车子加速到很快． 　　Ｈ：后齿轮传动给后轮是一种作用力施在轴上的轮轴系统． 　　Ｉ：有些座垫下方是以弹簧为避震器，是弹簧在日常生活中除了做为弹簧秤外，另一大用途． 　　Ｊ：新型自行车有些装上油压避震器，是帕斯卡原理的运用． 二、为何自行车刚骑动时手把会不自觉转动？ 　　自行车基本上是两点着地，骑动时可以不倒下是因为两轮滚动时产生水平方向的角动量；当车子几乎静止时角动量消失了，质心要通过底座(人和车体在地面的投影)的机会非常少，不可避免就要倒下，此时若转动手把就会产生垂直方向的角动量，使车子保持平衡，这点和飞盘转动时可以保持平稳飞行有异曲同工之妙，但因为转动不是很完整，方向又一再改变，所以一般不能撑很久． 三、变速原理 　　设前齿轮半径a、后齿轮半径b，a/b的比值愈大，可以愈省力，但省力一定较费时，所以车骑得不快，一般在起动时会把a/b调小一点，比较容易克服最大静摩擦力，之后再把比值变大．一辆十段变速的自行车有两个不同半径的前轮，后面有五个，以共有十种组合． 四、剎车原理 　　从运动学的角度来看，急剎车车子可能向前翻倒．先考虑前轮剎死的情形：此时以前轮着地点为支点，因车子有向前的惯性(人车的质心明显在支点右上方)，很容易有向前翻的情形发生；那后轮剎车的情形又如何呢?如果后轮剎死了车子的惯性一样向前，但此时前轮对地面的压力会增大，相对减少后轮的下压力，所以翻车的机会较少，当然若是向前的惯性实在太大，车子一样会以前轮为支点旋转而使后轮会上跷． 　　综合以上可知：自行车最好不要单独剎前轮，若只有一个剎车系统应装在后轮，当然两轮一起剎车最理想．不论用那一轮剎车，前轮的下压力一定会增大，后轮的一定减少，所以前轮的剎车摩擦力比后轮的大．所以在机车或汽车上，效果较佳(当然也较贵)的碟式剎车装在前轮，后轮再装鼓式剎车，此即常在汽车广告中听到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎车一定同时作用，以免翻车． （二）自行车中的物理知识 图1和图2是两种常见的自行车，在其中涉及到很多物理知识，包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及光学知识，下面具体来分析一下． 一、力学知识 1．摩擦方面 (1)自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，增大接触面粗糙程度．增大摩擦力． (2)车轴处经常上一些润滑油，以减小接触面粗糙程度，来减小摩擦力． (3)所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦，转动方便． (4)刹车时，需要纂紧刹车把，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力， (5)紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向向前，是自行车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向向后，是自行车前进的阻力；自行车靠惯性前进时，前后轮受到的摩擦力方向均向后，这两个力均是自行车前进的阻力． 2．压强方面 (1)一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大约为S=2×10Cm×5cm=100×cm2，当一普通的成年人骑自行车前进时，自行车对地面的压力大约为F=(500N+150N)=650N，可以计算出自行车对地面的压强为6.5×104Pa． (2)在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，减小压强． (3)自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对脚的压强， (4)自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、温度一定时，气体的质量越大，压强越大． (5)自行车的车座做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对身体的压强． 3．轮轴方面 (1)自行车的车把相当于一个轮轴，车把相当于轮，前轴为轴，是一个省力杠杆，如图3所示． (2)自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴，实质为一个省力杠杆． (3)自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴． 4．杠杆方面：自行车的刹车把相当于一个省力杠杆． 5．惯性方面 (1)当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然向前走，是由于它有惯性． (2)当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，一般情况下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去． 6．能量转化方面 (1)当人骑自行车下坡时，速度越来越快，是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能． (2)当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下，目的是增大速度，来增大人和自行车的动能，这样上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些． (3)如图4所示，自行车的车梯上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车梯自动弹起． 7．声学方面 (1)自行车的金属车钤发声是由于铃盖在不停的振动，而汽笛发声是由于汽笛内的气体不断的振动而引起的． 8．齿轮传动方面 (1)线速度和角速度的关系，如图5所示，设齿轮边缘的线速度为v ，齿轮的半径为R，齿轮转动的角速度为ω，则有v = ωR． 二、热学知识 在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，是为了防止自行车爆胎，因为对于质量、体积一定的气体，当温度越高，压强越大，当压强达到一定程度时，若超过了轮胎的承受能力，就会发生爆胎的情况． 三、光学知识 在日常生活中，自行车的后面都装有一个反光镜，它的设计很巧妙，组成如图6所示，它是由三个相互垂直的平面镜组成一个立体直角，用其内表面作为反射面，这叫角反射器．当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”，当光线射向反光镜时，会使后面的人很容易看到．在夜间，当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上，无论入射方向如何，反射光都能反射到汽车上，其光强远大于一般的漫反射光，就如发光的红灯，足以让汽车的司机观察到． 四、电学方面 在有些自行车上装有小型的发电装置，它利用摩擦转动，就像我们在实验室中看到的手摇发电机一样，发出的电能供给车灯工作，起到一定的照明作用． 第二课 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，那幺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）。这就是为什幺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。 第三课 江河大堤与水库大坝 一般江河大堤和水库大坝的横截面如图1甲、乙所示． 比较上面两图，不难发现，它们的共同之处都是上窄下宽，不同的是江河堤的迎水面坡度缓，背水面坡度陡，而水库坝则恰恰相反，挡水面坡度陡，背水面坡度缓． 一、为什么江河大提与水库大坝都修成上窄下宽 无论是江河大堤，还是水库大坝都修成上窄下宽，其目的主要是为了“三防”． 1．　防水压 根据液体内部压强公式ｐ＝ρｇｈ可知，堤坝内的水越靠近堤坝底，水深ｈ越大，水产生的压强也越大．堤坝下宽能承受较大的水压，确保堤坝的安全． 2．　防渗漏 　堤坝下部受水的压强越大，水越容易渗进坝体．把下部修得宽些，就可以延长堤坝内水的渗透路径，增大渗透阻力，从而提高堤坝的防渗透性能． 　　3．防滑动 　　堤坝内水的压力总有将大堤向外水平推动和将大坝推向下游的运动趋势，堤坝基底需要有与之抗衡的静摩擦力，才能保持堤坝平衡．将堤坝下部修宽既可增大坝体的重力，也可增大迎水面（挡水面）上水对坝体竖直向下的压力，因此，可以增强坝体与坝基间的最大静摩擦力，达到防止堤坝滑动的目的． 　　二、为什么江河大堤和水库大坝两边的坡度陡缓状况修得恰恰相反 　　对于两岸拦水的大堤来说，奔腾的江河水的冲击力方向朝下游，水对堤坝的作用力主要是压力，如图2甲、乙所示，水的压力垂直于堤面，根据力的分解知识有，Ｆｘ＝Ｆｓｉｎθ，Ｆｙ＝Ｆｃｏｓθ，因此，对于同样大小的水的压力Ｆ，坡度平缓的堤面所受横向水平压力较小，即Ｆｘ＜Ｆｘ′；所受竖直向下的压力较大，即Ｆｙ＞Ｆｙ′．所以对于江河大堤，迎水面坡度缓，水对大堤水平向外的推力Ｆｘ小．同时竖直向下的力Ｆｙ大，有利于增大堤坝基底与堤坝的静摩擦力，即可以防滑． 　　对于水库大坝受力分析，如图3所示，根据液体压强公式ｐ＝ρｇｈ，水库大坝的挡水面各处承受的压强跟水深成正比，呈三角形分布，故总水压力通过压强的三角形分布距坝底Ｈ／3．设水库大坝的总重力为Ｇ，重心在Ｏ′处，为便于分析，设水库中水对大坝的总压力Ｆ水平向外（大坝外侧），如图4所示．因受水的压力Ｆ的作用，坝体会以水库外侧大坝的坝脚Ｏ为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势，其倾覆力矩为ＭＦ＝Ｆ×Ｈ／3．而大坝依靠自身的重力Ｇ产生的抗倾覆力矩ＭG＝Ｇｄ．把坝体修得沿背水面坡度缓一些，能够达到既增大重力，又增大力臂ｄ的效果，从而达到增大抗倾覆力矩ＭG的效果． 　　由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定 第四课 体育中的物理 跑的力学 跑是不断重复的周期性运动。波动的速率与频率及波长的关系如下式：速率=频率×波长 同理，跑的速率与步频（每秒钟所跑的步数）和步长（每跑一步的距离）的关系如下式：速率=步频×步长 要增大跑的速率，就要设法增大步频和步长。例如一短跑者平均步频为每秒4.6步，平均步长为1.8步，早其平均速率为8.28米／秒。如果以此速率跑100米，就要12.秒。 设有体力相同的A、B两人，分别采用图（a）和（b）两种跑步方式：（a）的起步角较（b）为大，则（a）每跑一步由于把身体升得较高，要费较长时间才能着地跑一下步。这样，步频自然较小。另一方面，由于（a）的起步角较大，升高身体的分速度较大而水平向前的分速度较小，故步长就较短。故（a）跑得比（b）为慢。 每跑一步的速度，是由前一步保留下的的速度（惯性）以及下一步有力后所补充的速度的向量和。每跑一步所补充的速度，同由脚向蹬地面而获得，如图（c）所示。脚后蹬的力为F，则地面也给人体一个大小等于F的反作用力，人体由于这个力在后蹬时间内获得补充的速度。F与地面的夹角α叫做后蹬角。 F可分解为F1和F2两分力。F1使人获得水平前进的加速茺，而F2则获得垂直上升的加速度。后蹬角α决定F1和F2的分配。后蹬角不应过大，否则力量F用在升高身体太大而用在前进太小，这就减小了步频和步长。短跑的后蹬角应在52°～60°之间，视体力与技术而定。 完成后蹬动作之后，人体就向前拋腾一步。接着，另一腿由摆动腿转为支撑腿而着地，如图（d）所示，这动作叫做前蹬。前蹬地面的力R和地面的夹角β叫做前蹬角。人脚受到地面的反作用力和R大小相等而方向相反。前蹬时，应脚掌着地，以减小作用力R。 由图可知，R是斜向后的，会减小前进速度。因此，前蹬角β宜大，也就是脚掌不要太早着地，要摆至接近身体下方才着地，这就要以减小R向后的分力。 为什么短跑要采用蹲踞的姿势？ 在桌面上竖立一段木棒，在底部轻轻水平推动，木棍可以直立移动，但如果用力过大，木棒就会向后翻倒。 如（a）图所求，木棒被推时，它的底部受到两个力，一是推力P，一是桌面的托力Q。这两力的合力为F。 如果F通过木棒的重心，木棒就不会发生倾斜。 反之，如果F不通过重心，木棒就发生倾斜而向后翻倒，如图（b）所示。 现在，左手托着木棒使它斜立，突然放手，同时，以右手用力推动木棒底部。若P力大小适合，木棒就不会向后翻倒，能够向前加速一段路程，如图（c）报示。 短跑是分秒必争的径赛，必须争取较大的起跑加速度，也就是起跑向前推力P要足够大。如果直立起距，就会发生身体后仰志的现象。因此，采用蹲踞的姿势起跑，使地面（或助跑器）作用于足部的合力F通过人体的重心，如图（d）所示，人体就不会后仰。 在游自由泳时，下肢怎样获得推进力？ 由牛顿第三运动定律：作用力与反作用力大小相等而方向相反。 蛙泳时，双脚向后蹬水，水受到向后的作用力，则人体受到向前的反作用力，这就是人体获得的推进力。但是，在自由泳时，下肢是上下打水，为什么却获得向前的推进力呢？ 图中表示人体作自由泳时，下肢在某一时刻的运作：右脚向下打水，左脚向上打水。由图可见，由于双脚与水的作用面是倾斜的，故双脚所受的反作用力P和Q是斜向前的（水所受的作用是向斜向后的）。P的分力为P1和P2，而Q的分力为Q1和Q2。P1和Q1都是向前的分力，也就是下肢获得的推进力。 同样道理，鱼类在水中左右摆尾，却获得向前的推进力，也是由于向前的分力所致。 拔河比赛只是比力气吗 拔河比赛比的是什么？很多人会说：当然是比哪一队的力气大喽！实际上，这个问题并不那么简单。 根据牛顿第三定律（即当物体甲给物体乙一个作用力时，物体乙必然同时给物体甲一个反作用力，作用力与反作用力大小相等，方向相反，且在同一直线上），对于拔河的两个队，甲对乙施加了多大拉力，乙对甲也同时产生一样大小的拉力。可见，双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。对拔河的两队进行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力，就不会被拉动。因此，增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。首先，穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子，能够增大摩擦系数，使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重，对地面的压力越大，摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时，大人很容易获胜，关键就是由于大人的体重比小孩大。 另外，在拔河比赛中，胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如，脚使劲蹬地，在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如，人向后仰，借助对方的拉力来增大对地面的压力，等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力，以夺取比赛的胜利。 为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢？ 看到滑水运动员在水面上乘风破浪快速滑行时，你有没有想过，为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢？ 原因就在这块小小的滑板上。你看，滑水运动员在滑水时，总是身体向后倾斜，双脚向前用力蹬滑板，使滑板和水面有一个夹角。当前面的游艇通过牵绳拖着运动员时，运动员就通过滑板对水面施加了一个斜向下的力。而且，游艇对运动员的牵引力越大，运动员对水面施加的这个力也越大。因为水不易被压缩，根据牛顿第三定律（作用力与反作用力定律），水面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力。这个反作用力在竖直方向的分力等于运动员的重力时，运动员就不会下沉。因此，滑水运动员只要依靠技巧，控制好脚下滑板的倾斜角度，就能在水面上快速滑行。 “香蕉球”的奥秘 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。 第五课 汽车安全气囊系统组成及其工作原理 随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车的行驶速度越来越快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，使得事故更为频繁，所以汽车的安全性就变得尤为重要。 　　安全气囊发展史 　　安全气囊从1952年就取得了专利，但在应用推广中经历了几上几下的波折，足足走过了30多年的漫长路途。直至1984年，汽车碰撞安全(FMVSS208)在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施，其中规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，同时还要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，自此才确认了安全气囊的作用。如今，这个在当年颇具创意性的发明已转为千百万个产品，种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。各国生产的中高级轿车，大多数都装有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。在国内，随着CMVDR294碰撞安全法规的开始实施，国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高，但目前除了极少数高级车装备了侧面气囊之外，大部分车型还只是安装了正面气囊。 安全气囊系统组成 　　驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，因此，当您看见方向盘上标有“SRS”或“Airbag”字样，就可知此车装有安全气囊。安全气囊系统主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等主要部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50至90升不等，做气囊的布料具有很高的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免将乘客挤压受伤；气囊中所用的气体多是氮气。 安全气囊的工作原理 　　典型的气囊系统包括二个组成部分：探测碰撞点火装置(或称传感器)，气体发生器的气囊(或称气袋)。当传感器开关启动后，控制线路即开始处于工作状态，并借着侦测回路来判断是否真有碰撞发生。如果讯号是同时来自两个传感器的话才会使安全气囊开始作用。由于汽车的发电机及蓄电池通常都处于车头易受损的部位，因此，安全气囊的控制系统皆具有自备的电源以确保作用的发挥。在判定施放安全气囊的条件正确之后，控制回路便会将电流送至点火器，借着瞬时快速加热，将内含的氮化钠推进剂点燃。在近乎爆炸的化学反应快速发生的同时，会产生大量无害的以氮气为主的气体，将气囊充气至饱满的状态，并借着强大的冲击力，气囊能够冲开方向盘上的盖而完全展开，以保护驾驶者头部不受伤害。同时在推进剂点燃的过程之中，点火器总成中的金属网罩可冷却快速膨胀的气体，随即气囊可由设计好的小排气口排气，以发挥逐渐缓冲功能，并避免在车身仍继续移动时阻碍碰撞后的视线。 　　需要特别说明的是，传感器只有在满足了一定的条件下才会工作。安全气囊的传感器的设计有很多种，有一部分是采用摆锤或杠杆式开关，还有的是弹簧负载的转轮式，此外还有用水银开关的产品。但不论感测器开关型式如何，都必须有足够的撞击力才能使得开关启动，同时这个撞击力必须来自正的方向才行。通常这个撞击力约等于以时速２５公里至５０公里左右碰撞固定物所产生的结果。当汽车受到这种高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装在汽车中部的安全传感器，就可检测到车速突然减速，并将这一信号迅速传递给安全气囊系统的控制电脑，电脑在经过分析确认之后，才会引爆安全气囊包内的电热点火器，使气囊发生迅速膨胀。 　　据计算，正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开始工作，0.03秒内点火装置启动，0.05秒内高压气体进入气囊，0.08秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大，此刻之后，驾车者才会撞上气囊。 　　可见，气囊的打开与否与撞击角度和撞击速度都有关，一般来说在汽车翻转、轻微碰撞、侧面碰撞或后面碰撞时，气囊均不会打开，比如桑塔纳2000升级版在车身正面左右各30度以内受到重创时才会打开安全气囊。再有一点，对于撞击速度而言，安全气囊系统测定的是撞击后车辆的减速度，因此，在做安全碰撞实验时，一般都是让车笔直地撞在不能移动且不能变形的墙上。 安全气囊的安全性 　　安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。安全气囊对于在遭受正面撞击时，的确能有效保护乘客，即使未系上安全带，防撞安全气囊仍足以有效减低伤害。据统计，配备安全气囊的车发生正面碰撞时，可降低乘客受伤的程度高达64％，甚至在其中有80％的乘客未系上安全带！至于来自侧方及后座的碰撞，则仍有赖于安全带的功能。 　　此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78％的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。 　　万事都是一把双刃剑，安全气囊同样也有它不安全的一面。据计算，若汽车以60km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错，就有可能酿出一场“悲剧”。 　　安全气囊在近几年得到了飞速的发展，价格大幅度下降，装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的安全气囊与驾车者用的安全气囊相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。进入90年代以来，安全气囊的安全性能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。了解安全气囊的工作原理及注意事宜对我们更好的保护自己有很重要的作用，但对于驾驶员来说，安全驾驶才是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的！ 安全气囊是怎样发明的？ 　　安全气囊为一次性产品 　　每个气囊只能使用一次，也就是说气囊只要引爆就不再有下一次保护的能力，也不能塞回去再使用，引爆后须回厂换一个新的气囊。在美国，重新装置一套新气囊和感应系统及整组电脑控制器，一般需要3000美元左右，虽说比较贵，但为了生命安全，这俩钱还是不能省的！ 安全气囊需与安全带配合使用 　　由于气囊是通过爆发起作用，而设计者往往是从大多数、正常的碰撞模拟试验中寻找最佳，但生活中，每一位乘驾者都有自己乘驾习惯，这就造成了人与气囊会有不同的位置关系，也就决定了气囊工作的不稳定性。因此，要保证安全气囊真正起到安全的作用，驾乘人员一定要养成良好的驾乘习惯，保证胸部与方向盘保持一定距离。而最有效的措施就是系好安全带，安全气囊只是辅助安全系统，需与安全带配合使用才能发挥最大的安全保护效果。 不要在气囊的前方、上方或近处放置物品 　　注意不要在气囊的前方、上方或近处放置物品，因为在紧急时刻这些物品有可能防碍气囊充气或被抛射出去，造成更大的危险。在车室内安装收音机、CD机等附件时，要遵照汽车厂的规定，不要随意修改属于安全气囊系统的零件及线路，否则会影响气囊工作。 何时需要修理气囊？ 　　要注意观察位于仪表盘上的安全气囊警告灯。在正常情况下，点火开关转到“ACC”或“ON”位置时，警告灯会亮大约6秒钟，进行自检，然后熄灭，若警告灯一直亮，则表明安全气囊系统有故障，应立即进行修理。否则，有可能出现气囊不起作用或误弹出的情况。 第六课 电饭锅工作原理及保养常识 电饭锅工作原理 电饭锅是利用发热板，在铝质锅的底部煮饭。发热板内藏电热线，这电热线是由自动开关控制。主要构造如图所示。 　　 发热板的中央有一圆孔，孔内有一感温软磁，它借着弹簧向上顶贴着锅底。这是一种纯铁氧体。它在100℃或以下时，可以被永久磁铁吸引。但当升至103℃时，则失去磁性，不再受永久磁铁吸引。 　　 当按下开关按键，如图(a)所示。开关横杆把磁铁向上顶贴着感温软磁。这时，发热线接通，开始加热。 　　 当锅内的饭沸腾后，锅内的水就渐渐减少。当水开始蒸干，锅内的温度就由100℃上升。当升至103℃时，感温软磁就不受磁铁吸引，开关的杠杆因弹簧的弹力及本身的重力而下降，压使接触点分开，发热线就断电，如图(b)所示。同时，接通另一保温电路(图中略去)，保持饭的温度在70℃左右。 保养小常识 　　电饭锅因其美观、方便实用和耗电量省而倍受人们的青睐，但也有因保养不当而缩短其寿命的事经常发生。为了合理地使用和保养电饭锅，以延长其使用寿命应该注意以下几点： 1、使用过后，内锅经洗涤后，外表的水必须揩干后再放入电饭锅内。 2、锅底部应避免碰撞变形。发热盘与内锅之间必须保持清洁，切忌饭粒掉入影响热效率甚至损坏发热盘。 　　 3、内锅可用水洗涤，但外壳及发热盘切忌浸水，只能在切断电源后用湿布抹净。 　　4、不宜煮酸、碱类食物，也不要放在有腐蚀性气体或潮湿的地方。 5、使用时，应将蒸煮的食物先放入锅内，盖上盖，再插上电源插头；取出食物之前应先将电源插头拔下，以确保安全。 第七课 微波炉的工作原理 1946年，斯潘瑟还是美国雷声公司的研究员。一个偶然的机会，他发现微波溶化了糖果。事实证明，微波辐射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。1947年，第一台微波炉问世。 　　顾名思义，微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有"个性"，微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。 　　微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物"煮"熟了。这就是微波炉加热的原理。用普通炉灶煮食物时，热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪，热量则是直接深入食物内部，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上。目前，其它各种炉灶的热效率无法与它相比。 　　而微波炉由于烹饪的时间很短，能很好地保持食物中的维生素和天然风味。比如，用微波炉煮青豌豆，几乎可以使维生素C一点都不损失。另外，微波还可以消毒杀菌。 　　使用微波炉时，应注意不要空"烧"，因为空"烧"时，微波的能量无法被吸收，这样很容易损坏磁控管。另外，人体组织是含有大量水分的，一定要在磁控管停止工作后，再打开炉门，提取食物。   　　微波炉的基本结构 　　 让我们来研究一下微波炉的内部构造吧。在微波炉的内部，安装有称作“磁控管”的装置。加热食物所用的微波，就是在这里产生的。发出的微波，通过波导管送入内部。内壁由金属制成。微波碰撞之后也会弹回，为了将微波照到食物上动了不少脑筋。在门上覆盖有过滤器，这样微波就不会泄漏到外部。然后是位于正中央的转盘。关于转盘的结构，在下面将更详细地做一些了解。 　　①门安全联锁开关--确保炉门打开，微波炉不能工作，炉门关上，微波炉才能工作； 　　②视屏窗--有金属屏蔽层，可透过网孔观察食物的烹饪情况； 　　③通风口--确保烹饪时通风良好； 　　④转盘支承--带动玻璃转盘转动； 　　⑤玻璃转盘--装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹饪均匀； 　　⑥控制板--控制各档烹饪； 　　⑦炉门开关--按此开关，炉门打开。 　　工作原理 　　(1)炉腔。炉腔是一个微波谐振腔，是把微波能变为热能对食品进行加热的空间。为了使炉腔内的食物均匀加热，微波炉炉腔内设有专门的装置。最初生产的微波炉是在炉腔顶部装有金属扇页，即微波搅拌器，以干扰微波在炉腔中的传播，从而使食物加热更加均匀。目前，则是在微波炉的炉腔底部装一只由微型电机带动的玻璃转盘，把被加热食品放在转盘上与转盘一起绕电机轴旋转，使其与炉内的高频电磁场作相对运动，来达到炉内食品均匀加热的目的。国内独创的自动升降型转盘，使得加热更均匀，烹饪效果更理想。 　　(2) 炉门：炉门是食品的进出口，也是微波炉炉腔的重要组成部分。对它要求很高，即要求从门外可以观察到炉腔内食品加热的情况，又不能让微波泄漏出来。炉门由金属框架和玻璃观察窗组成。观察窗的玻璃夹层中有一层金属微孔网，既可透过它看到食品，又可防止微波泄漏。由于玻璃夹层中的金属网的网孔大小是经过精密计算的，所以完全可以阻挡微波的穿透。 　　为了防止微波的泄漏，微波炉的开关系统由多重安全联锁微动开关装置组成。炉门没有关好，就不能使微波炉工作，微波炉不工作，也就谈不上有微波泄漏的问题了。 　　为了防止在微波炉炉门关上后微波从炉门与腔体之间的缝隙中泄漏出来，在微波炉的炉门四周安有抗流槽结构，或装有能吸收微波的材料，如由硅橡胶做的门封条，能将可能泄漏的少量微波吸收掉。抗流槽是在门内设置的一条异型槽结构，它具有引导微波反转相位的作用。在抗流槽入口处，微波会被它逆向的反射波抵销，这样微波就不会泄漏了。 　　由于门封条容易破损或老化而造成防泄作用降低，因此现在大多数微波炉均采用抗流槽结构来防止微波泄漏，很少采用硅橡胶门封条。抗流槽结构是从微波辐射的原理上得到的防止微波泄漏的稳定可*的方法。广东格兰仕企业（集团）公司生产的格兰仕微波炉所采用的就是国际上最先进的抗流槽结构和生产工艺，加上其开发研制的多重防微波泄漏技术，使微波泄漏控制技术达到国际先进水平。 　　(3) 电气电路：电气电路分高压电路、控制电路和低压电路三部分。 　　(a) 高压电路：高压变压器次级绕组之后的电路为高压电路，主要包括磁控管、高压电容器、高压变压器、高压二极管。 　　(b) 磁控管：磁控管是微波炉的心脏，微波能就是由它产生并发射出来的。磁控管工作时需要很高的脉动直流阳极电压和约3～4V的阴极电压。由高压变压器及高压电容器、高压二极管构成的倍压整流电路为磁控管提供了满足上述要求的工作电压。 　　(c) 低压电路：高压变压器初级绕组之前至微波炉电源入口之间的电路为低压电路，也包括了控制电路。主要包括保险管、热断路器保护开关、联锁微动开关、照明灯、定时器及功率分配器开关、转盘电机、风扇电机等。 　　(4) 定时器。微波炉一般有两种定时方式，即机械式定时和计算机定时。基本功能是选择设定工作时间，设定时间过后，定时器自动切断微波炉主电路。 　　(5) 功率分配器。功率分配器用来调节磁控管的平均工作时间（即磁控管断续工作时，"工作"、"停止"时间的比例），从而达到调节微波炉平均输出功率的目的。机械控制式一般有3～6个刻度文件位，而计算机控制式微波炉可有10个调整档位。 　　(6) 联锁微动开关。联锁微动开关是微波炉的一组重要安全装置。它有多重联锁作用，均通过炉门的开门按键或炉门把手上的开门按键加以控制。当炉门未关闭好或炉门打开时，断开电路，使微波炉停止工作。 　　(7) 热断路器。热断路器是用来监控磁控管或炉腔工作温度的组件。当工作温度超过某一限值时，热断路器会立即切断电源，使微波炉停止工作。 　　使用、维护上的禁忌 　　[一]微波炉要放置在通风的地方，附近不要有磁性物质，以免干扰炉腔内磁场的均匀状态，使工作效率下降。还要和电视机、收音机离开一定的距离，否则会影响视、听效果。 　　[二]炉内未放烹饪食品时，不要通电工作。不可使微波炉空载运行，否则会损坏磁控管，为防止一时疏忽而造成空载运行，可在炉腔内置一盛水的玻璃杯。 　　[三]凡金属的餐具，竹器、塑料、漆器等不耐热的容器，有凹凸状的玻璃制品，均不宜在微波炉中使用。瓷制碗碟不能镶有金、银花边。盛装食品的容器一定要放在微波炉专用的盘子中，不能直接放在炉腔内。 　　[四]微波炉的加热时间要视材料及用量而定，还和食物新鲜程度、含水量有关。由于各种食物加热时间不一，故在不能肯定食物所需加热时间时，应以较短时间为宜，加热后可视食物的生熟程度再追加加热时间。否则，如时间太长，会使食物变得发硬，失去香、色、味。按照食物的种类和烹饪要求，调节定时及功率（温度）旋钮，可以仔细阅读说明，加以了解。 　　[五]带壳的鸡蛋、带密封包装的食品不能直接烹调。以免爆炸。 　　[六]一定要关好炉门，确保连锁开关和安全开关的闭合。微波炉关掉后，不宜立即取出食物，因此时炉内尚有余热，食物还可继续烹调，应过1分钟后再取出为好。 七]炉内应经常保持清洁。在断开电源后，使用湿布与中性洗涤剂擦拭，不要冲洗，勿让水流入炉内电器中。 　　[八]定期检查炉门四周和门锁，如有损坏、闭合不良，应停止使用，以防微波泄漏。不宜把脸贴近微波炉观察窗，防止眼睛因微波辐射而受损伤。也不宜长时间受到微波照射，以防引起头晕、目眩、乏力、消瘦、脱发等症状，使人体受损。 　　使用微波炉的９个禁忌 　　1.忌用普通塑料容器：一是热的食物会使塑料容器变形，二是普通塑料会放出有毒物质，污染食物，危害人体健康。使用专门的微波炉器皿盛装食物放入微波炉中加热， 　　2.忌用金属器皿：因为放入炉内的铁、铝、不锈钢、搪瓷等器皿，微波炉在加热时会与之产生电火花并反射微波，既损伤炉体又加热不熟食物。 　　3.忌使用封闭容器：加热液体时应使用广口容器，因为在封闭容器内食物加热产生的热量不容易散发，使容器内压力过高，易引起爆破事故。即使在煎煮带壳食物时，也要事先用针或筷子将壳刺破，以免加热后引起爆裂、飞溅弄脏炉壁，或者溅出伤人。 　　4.忌超时加热：食品放入微波炉解冻或加热，若忘记取出，如果时间超过2小时，则应丢掉不要，以免引起食物中毒。 　　5.忌将肉类加热至半熟后再用微波炉加热：因为在半熟的食品中细菌仍会生长，第二次再用微波炉加热时，由于时间短，不可能将细菌全杀死。冰冻肉类食品须先在微波炉中解冻，然后再加热为熟食。 　　6.忌再冷冻经微波炉解冻过的肉类：因为肉类在微波炉中解冻后，实际上已将外面一层低温加热了，在此温度下细菌是可以繁殖的，虽再冷冻可使其繁殖停止，却不能将活菌杀死。已用微波炉解冻的肉类，如果再放入冰箱冷冻，必须加热至全熟。 　　7.忌油炸食品：因高温油会发生飞溅导致火灾。如万一不慎引起炉内起火时，切忌开门，而应先关闭电源，待火熄灭后再开门降温。 　　8.忌将微炉置于卧室，同时应注意不要用物品覆盖微波炉上的散热窗栅。 　　9.忌长时间在微波炉前工作：开启微炉后，人应远离微波炉或人距离微波炉至少在1米之外。 　　如何清除微波炉顽垢 　　　　清洁时，用中性清洁剂的稀释水先擦一遍，再分别用清水洗过的抹布和干抹布作最后的清洁，如果仍不能将顽垢除掉，可以利用塑料卡片之类来刮除，千万不能用金属片刮，以免伤及内部。最后，别忘了将微波炉门打开，让内部彻底风干。 第八课 了解冰箱的构造 冰箱的构造是这样组成的 如图沿着黑色的箭头，可以了解气体是以怎样的流向发生变化的。  带有黄色、红色、蓝色的箭头，是发生气体循环的情况。其各自的作用如下。  压缩机：对气体加压，使它变为液体。 散热器：将热量排到冰箱外部。 冷却器：减压，将气体还原为气态。 用这时被带走的汽化热冷却冰箱 那么，冰箱是如何进行汽化热交换的呢？   冰箱除了门以外的部分，都遍布有充入气体的管子。原本是气态的气体，当加压时会变成液体，减压时又会变成气体。在从液体转变为气体的同时，发生带走汽化热的交换作用。  冰箱反复地进行着这种气体→液体→气体的。   这种进行汽化热交换的气体，叫做“替代氟利昂”。以前使用一种叫做“特定氟利昂”的物质，由于发现特定氟利昂对地球环境不利，所以转而使用替代氟利昂。替代氟利昂这个稍微罕见的名字，是“代替氟利昂的物质”的意思。目前更进一步展开了“无氟冰箱”，即完全不使用氟利昂制造冰箱的运动。 冰箱与地球环境的关系如何呢？ 冰箱之所以能够制冷，是借助于氟利昂这种气体。刚开始使用氟利昂气体时，用的是一种叫做“特定氟利昂”的物质。然而此后，发现这种特定氟利昂会破坏包围地球的臭氧层。 臭氧层是遮挡来自太阳的紫外线的大气层。臭氧层一旦被破坏，紫外线就会变得过多，给生物带来恶劣的影响。据说，由于这也不利于植物的生长，一旦臭氧层的损坏程度加剧，可能会因此而导致谷物和蔬菜等减产，从而引起食物不足的状况发生。   于是，现在开发出一种能够取代特定氟利昂的叫做“替代氟利昂”的物质，并开始在冰箱中使用。现在，不采用氟利昂类气体而达到冷冻效果的冰箱正在兴起。这被称做“无氟”冰箱。   遗憾的是，人类创造的东西有时会伤害到宝贵的地球。在正确使用方便的东西时，还要注意保护环境 不必要地开关冰箱门为什么是不好的呢？ 大家有没有经常开关冰箱门，比如打开门之后再想“喝什么呢？”的时候，被爸爸妈妈责怪。知道这是为什么吗？…对，是因为浪费电的缘故。   为了保持食品的新鲜度，冰箱总能保持内部温度一致。不过，如果开好几次门，或是一直开着门的话，由于外部温度的影响，内部的温度会不断上升。这样一来，为了恢复到以前的温度，冰箱需要使用许多的电力。 迅速开关冰箱门，能够大大地避免这种浪费。这不光是为了降低电费。可能你会觉得有点夸张，但事实是它对于保护地球环境也是十分重要的 身边的物理学 图2 图4 图3 微波炉的基本外形和构造 PAGE 1