Question

目前，城市中交通堵塞的现象越来越严重．为了解决交通堵塞问题，科研人员设计了一种机动立交桥．机动立交桥又叫车载桥，它主要由动力车和桥板组成，使用时展开桥板搭建一座临时立交桥，使其他车辆顺利通过桥面，排除交通堵塞，在行驶过程中桥板能折叠起来放在车顶，如图所示．

下表是某机动立交桥的动力车的有关技术性能数据．其中排气量是指发动机气缸的工作容积．空燃比是指吸气冲程中吸入气缸内的空气和汽油的质量之比．

车型	动力车
排气量	7L
最大功率	130kW
空燃比	14：1
汽油热值	4.6×107J/kg

请回答下列问题：
（1）机动立交桥桥板为什么采用有花纹的钢板？
（2）当该发动机正常工作时，吸气冲程中吸入气缸内汽油和空气的混合气密度为1.5kg/m³．1min内高温高压的燃气推动活塞做功3000次．请你计算发动机在正常工作时每次吸入混合气的质量，1min内汽油完全燃烧放出的热量．
（3）请你从物理学角度对该机动立交桥的设计提出两条合理的改进建议．

Answer 1

分析：机动立交桥桥板采用花纹是利用了摩擦知识．为了防止车辆打滑，要增大摩擦力，在压力一定时，增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力．
知道吸气冲程的容积和混合气的密度，能求出混合气的质量，根据空燃比，可以求出一个吸气冲程中汽油的质量m_油．
1min内高温高压的燃气推动活塞做功3000次，要经过3000个吸气冲程，吸入3000倍的m_油．
根据Q=mq求出汽油完全燃烧放出的热量．
从机动立交桥的安全性考虑．

解答：解：（1）在压力一定时，采用花纹的钢板，是为了增大接触面的粗糙程度，来增大摩擦．
（2）每一个吸气冲程吸入的汽油和空气的总质量为：
m_混=ρ_混V_混=1.5kg/m³×7×10^-3m³=1.05×10^-2kg．
每一个吸气冲程吸入的汽油质量为：
m_油=

m混

15

=

1.05×10-2kg

15

=7×10^-4kg．
1min内汽油完全燃烧放出的热量：
Q=mq=3000m_油q=3000×7×10^-4kg×4.6×10⁷J/kg=9.66×10⁷J．
（3）采用密度小强度大的材料，减轻机动立交桥桥板质量；机动立交桥展开时可在桥下加几根撑杆，防止桥被压垮．

点评：本题的综合比较强，涉及到的知识比较多，涉及到密度、热值、摩擦、冲程等几个重要的知识点．
本题的应用性比较强，所以在生活中多观察生活，把物理和生活联系起来，学以致用．