【专家解说】： 汽车与物理
口谭建设王小勇
汽牛已成为现代生活中最重要的交
通运输工具之一，它包含着许许多多的
物理知识。为了贴近学生生活，激发学
习物理的兴趣，将知识应用于生产生活
实际，在引导学生仔细舰察、认真思考
和查阅资料后，找出在汽车的设计、使
用中涉及到的物理知识和一些新技术归纳总结如下：
一、力学方面
(一)汽车受到竖直向下的重力作用，其质量越大，重力
也就越人，并且其底盘质量都较人，这样可以降低汽车的重
心，增加汽车行驶时的稳度。汽车受到地面对车的支持力，在
水平路面上时，所受支持力与重力是-x,t平衡力，大小相等，
方向相反；同时汽车对地面有压力，对地面的压力和路面的支
持力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反。但汽车
过拱桥时因要改变运动状态(可看作圆周运动，需向心力)，桥
面对车的支持力小于重力，车对桥面的压力也就小于重力，而
在过下凹路面时，则与之相反。
(二)汽车的车身设计成流线型，可以减小汽车行驶时受
到空气的阻力。在汽车快速行驶时，车的尾部会形成一个低气
压区，尾部尘土飞扬，因此汽车后窗玻璃通常都是固定不能打
开的。在高速小轿车后面还有类似飞机一样的尾翼，可防止高
速行驶时因向上和向下的气压差而形成升力，减小了对地面的
压力，从而使摩擦力减小，影响行车安全。
(三)汽车前进的动力来自地面对主动轮(大多数汽车是
后轮驱动)向前的摩擦力，而从动轮(前轮)与地面的摩擦力
向后。
(四)汽车在平直路面匀速前进时牵引力与阻力互相平衡，
合力为零；加速时牵引力大于阻力，合力向前；减速时则与之
相反。汽车转弯时，司机要转动方向盘，地面给车一个向内侧
的摩擦力以改变车的运动状态(弯道处常常外侧比内侧高，同
时使支持力和重力也形成一个向内的合力，防止因摩擦力过小
不能提供足够的向心力，从而导致汽车转弯时出现向外打滑现
象，以致引起侧翻)。而且汽车在转弯时，乘客会因为具有惯性
向拐弯的外侧倾倒。汽车急刹车(减速)时，司机踩刹车通过
增大压力来增大摩擦力，车轮与地面的摩擦由滚动摩擦变成滑
动摩擦(急刹车时)，从而使车作减速运动，乘客也会闪惯性向
车前方倾倒；加速或突然启动时，乘客又会因惯性向后仰。
(五)不同用途的汽车，车轮宽度、大小和个数不同，与
汽车对路面的门i强大小有关。车轮表面做成凹凸不平，是通过
增大接触面的粗糙程度来增人摩擦。在冰冻的路面上行驶时，
常在路面L撒盐或煤渣，在车轮上套上防滑链来增大摩擦，而
且要减速行驶。
(六)汽车的座椅都设计得比较宽大，这样就减小了对乘
客身体的压强，使人乘坐着感觉舒服一些。汽车修理中用的千
斤顶等利用密闭液体能够传递压强，用较小的力就能获得较大
的动力。
(七)大量应用了简单机械：①方向盘、车轮、开窗摇柄
等都是轮轴，②刹车杆、调速杆等装置是省力杠杆。
(八)汽车爬坡时要换成低速档：由P=Fv可知，在功率一
定时，降低速度，可获得较大的牵引力。
(九)汽车行驶中还涉及速度、路程、时间及计费方面的
计算，参照物与运动状态的描述等问题。
(十)认识限速、里程、禁鸣等标志牌，了解其含义。
交通管理方面要求：1、小汽车的司机和前排乘客必须系
好安全带，这样可以防止惯性的危害；2、严禁车辆超载，不
仅仅减小车辆对路面的破坏。还能减小摩擦、惯性等；3、严
禁车辆超速，防止急刹车时，因反应距离和制动距离过长而造
成车祸；④严禁酒后驾车和疲劳驾车。
二、热学方面
(一)汽车发动机常用柴油机或汽油机等内燃机，利用燃
料燃烧把化学能转化为内能，再把内能转化为机械能对外做功。
(二)发动机外装有水套，用循环流动的水帮助发动机散
热，是因为水的比热容大。
(三)冬天，为防止水结冰反常膨胀
冻裂水箱，入夜时要排尽水箱中的水；
而在寒冬时用冷水洗车比用热水洗车
好，这样不易结冰。
(四)小汽车的后窗玻璃板中嵌有
一道道的电热丝，可防止车内的水蒸气
液化后附着在玻璃七。
(五)刚坐进汽车或有汽车从你身旁驶过时，因扩散现象
会闻到浓浓的汽油味。
(六)空调车车窗玻璃设计成双层的，在空调打开后要开
好门窗，可减少热抟递。
(七)环保汽车使用气体或液体燃料(如甲烷、乙炔、氢
气、乙醇等)，可减小对大气的污染。
三、声学方面
(一)汽车喇叭振动发声，而发动机的噪声又要尽量减弱
(发动机的烟筒上装配消音器，是在声源处减弱噪声)。
(二)为减轻车辆行驶时的噪声对道路旁边居民的影响，
在道路旁设置屏障或植树，是在传播过程中减弱噪声。
(三)喇叭发声：电能转化为机械能，以声波形式通过空
气向周围传播。
四、电学方面
(一)低J玉对人体相对安全些(在干燥环境下对人体的安
全电压为36＼7)，所以供电系统均为低电压(12、。或24、)。汽车
的发动机常用低压电动机起动，电动机的原理是根据磁场对通
电导体的作用工作的，它把电能转化为机械能。
(二)汽车电动机(汽车电机)常用车载电瓶(蓄电池)供
电，汽车运行过程中又利用车轮带动车载发电机发电，给蓄电
池充电。给蓄电池充电时，电能转化为化学能储存起来，此时
蓄电池是用电器用蓄电池给电动机供电时，化学能转化为电
能，此时蓄电池才是电源。
(三)车载蓄电池还被用来为汽车上配装的空调、电扇、收
录机、cD机及各种用途的电灯供电，方便地电能转化为机械
能、声能、光能等等。
(四)油罐车的尾部通常要挂一条铁链直达路面，这样做
有利于使运输过程中因颠簸摩擦而产生的静电荷迅速传到大
地，避免因静电堆积而放电引起灾难。
五、光学方面
(一)汽车旁的观后镜，交叉路口的观察镜用的都是凸面
镜，可以开阔视野。
(二)汽车在夜间行驶时，车内一般不开灯，这样可防止
车内乘客在司机前的挡风玻璃上成像，干扰司机正确判断。
(三)汽车前的挡风玻璃通常都不直立(底盘高人的车除
外)，这是因为挡风玻璃相当于平面镜，车内物体易通过它成
像于司机面前，影响司机的判断。
(四)汽车尾灯灯罩：角反射器可将射来的光线反回，保
证后面车辆安全。
(五)汽车头灯：凹面镜反射原理，近距光灯丝在焦点附
近，远距光灯丝在焦点上。
(六)汽车的雾灯发黄光，是因为黄光不易被散射，在雾
天更容易被远处的人发现。
六、汽车上的新技术
现在许多汽车还应用了电子防盗报警器进行防盗，电
子燃油喷射系统以节省燃油和减少排出的废气对环境的污
染，安装导航定位系统(中国北斗导航系统、美同全球定
位系统GPS、俄罗斯全球导航系统、欧洲伽利略导航卫星
系统计划)进行定位、测速等，安装ABS(使车轮与地面
之间保持接近滑动又未滑动状态，缩短刹车距离)+EBD
(在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同
而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定
的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力的匹配，
以保证车辆的平衡和安全)防止汽车在急刹车时出现甩尾
和侧移。
(作者单位：重庆市石柱民族中学校<石柱职教中心>
