Question

5．“生活處處有物理，細心觀察皆學問”，同學們在學習時，要善于把物理知識與生活、學習活動有機地結(jié)合起來．請分析下列幾個問題：

（1）公安部門要求小汽車的司機和前排的乘客必須使用安全帶，這主要是為了防止緊急剎車時由慣性帶來的危害；當汽車在平直公路上勻速直線行駛時，汽車所受到的合力為0N．
（2）如下圖所示為生活中常用的熱水瓶，注入一定量的熱水后，立即蓋上軟木塞，軟木塞常會跳起來．圖丙中（選填“乙”或“丙”）汽油機的工作過程與軟木塞跳起這一現(xiàn)象能量的轉(zhuǎn)化是相同的． 若該單缸汽油機，飛輪轉(zhuǎn)速是1800r/min，則它每秒鐘內(nèi)做了15次功．
（3）若有兩臺汽油機A和B，A的功率為B功率的3倍，A的效率為20%，B的效率為25%，那么A、B兩汽油機每小時耗油量之比為15：4．
（4）小中在家里通過光亮的瓷磚地面看到了掛在天花板上的吊燈，他看到的其實是吊燈的虛（填“實”或“虛”）像，如果吊燈到地面的距離是3m，則像到吊燈的距離為6m．

Answer 1

分析 （1）物體由于慣性要保持原來的運動狀態(tài)．物體靜止或勻速直線運動時受到平衡力的作用，平衡力的合力為零．
（2）瓶內(nèi)熱水蒸發(fā)產(chǎn)生大量水蒸氣，水蒸氣膨脹對瓶塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；汽油機的四個沖程中，壓縮沖程機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能．
內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)包括四個沖程，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次．
（3）要求甲乙的每小時的耗油量之比，首先要表示出每臺汽油機在1小時內(nèi)消耗的汽油，然后利用表達式之比去求其耗油量之比．
汽油機每小時的耗油量可用汽油機每小時消耗的總能量除以汽油的熱值來表示．
汽油機消耗的總能量可以利用汽油機做的有用功除以熱機的效率．
題目中告訴的汽油機的功率為轉(zhuǎn)化成機械能的功率，即有用功率．有用功率乘以1小時就是其在1小時內(nèi)所做的有用功．
由此入手即可表示出汽油機在1小時的耗油量，從而可以得到答案．
（4）光亮的瓷磚相當于平面鏡，依據(jù)平面鏡成像的特點可知，成的像是虛像，像與物到鏡面的距離相等．

解答 解：（l）物體由于慣性要保持原來的運動狀態(tài)，司機和乘客與汽車一起運動，當汽車突然停止，司機和乘客由于慣性要保持原來的運動狀態(tài)，容易沖出車外發(fā)生事故．小汽車的司機和前排的乘客必須使用安全帶；
汽車在平直公路上勻速直線行駛時，一定受到平衡力的作用，平衡力的合力為零．
（2）瓶塞跳起來，機械能增大，這是由于暖瓶內(nèi)氣體膨脹做功造成的，水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成瓶塞的機械能；
汽油機在做功沖程中，氣缸內(nèi)高溫氣體膨脹推動活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能．
乙中的兩個氣門都關閉，活塞向上運動，所以為壓縮沖程，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，丙中的兩個氣門都關閉，活塞下運動，所以為做功沖程．
故圖丙中汽油機的工作過程與軟木塞跳起這一現(xiàn)象能量的轉(zhuǎn)化是相同的． 
由題知，飛輪每秒轉(zhuǎn)數(shù)為：
n=$\frac{1800s}{60}$=30r，
因為內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)包括四個沖程，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次，
所以，此汽油機每秒鐘內(nèi)完成60個沖程，對外做功15次．
（3）設A的功率為P_A，B的功率為P_B，效率為η_A，效率為η_B，汽油的熱值為q，做功時間為t，
A在時間t內(nèi)做的有用功：W_A=P_At．
則由題意知：$\frac{{P}_{A}}{{P}_{B}}$=3，$\frac{{η}_{A}}{{η}_{B}}$=$\frac{4}{5}$，
A在時間t內(nèi)消耗的總能量：Q_A=$\frac{{W}_{A}}{{η}_{A}}$=$\frac{{P}_{A}t}{{η}_{A}}$．
A在時間t內(nèi)的耗油量：m_A=$\frac{Q}{q}$=$\frac{{P}_{A}t}{{η}_{A}q}$．
同理可以得到乙在時間t內(nèi)的耗油量的表達式：m_乙=$\frac{{P}_{B}t}{{η}_{B}q}$．
甲乙兩汽油機在相同時間（包括1h）內(nèi)的耗油量之比就等于兩表達式之比：$\frac{{m}_{A}}{{m}_{B}}$=$\frac{{P}_{A}t}{{η}_{A}q}$：$\frac{{P}_{B}t}{{η}_{B}q}$=$\frac{{P}_{A}t{η}_{B}q}{{P}_{B}t{η}_{A}q}$=$\frac{{P}_{A}{η}_{B}}{{P}_{B}{η}_{A}}$=$\frac{3×5}{4}$=15：4．
（4）光亮的瓷磚相當于平面鏡，它能成天花板上的吊燈的像，像是由于光的反射形成的，即反射光線的反向延長線會聚而成，所以是虛像；
像與物到鏡面距離相等，吊燈到地面的距離是3m，吊燈的像離地面上也應是3m；則像到吊燈的距離為3m+3m=6m；
故答案為：
（1）慣性；0；
（2）丙；15；
（3）15：4；
（4）虛；6．

點評 此題涉及到的知識點較多，綜合性很強，考察相當全面，在此題中，如何將汽油機的耗油量表示出來也是一個難點．明確汽油機的功率在這里指的是有用功率是解決此題的關鍵．