Question

目前，城市中交通堵塞的現象越來越嚴重．為了解決交通堵塞問題，科研人員設計了一種機動立交橋．機動立交橋又叫車載橋，它主要由動力車和橋板組成，使用時展開橋板搭建一座臨時立交橋，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．

下表是某機動立交橋的動力車的有關技術性能數據．其中排氣量是指發動機氣缸的工作容積．空燃比是指吸氣沖程中吸入氣缸內的空氣和汽油的質量之比．

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

請回答下列問題：
（1）機動立交橋橋板為什么采用有花紋的鋼板？
（2）當該發動機正常工作時，吸氣沖程中吸入氣缸內汽油和空氣的混合氣密度為1.5kg/m³．1min內高溫高壓的燃氣推動活塞做功3000次．請你計算發動機在正常工作時每次吸入混合氣的質量，1min內汽油完全燃燒放出的熱量．
（3）請你從物理學角度對該機動立交橋的設計提出兩條合理的改進建議．

Answer 1

解：（1）在壓力一定時，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）每一個吸氣沖程吸入的汽油和空氣的總質量為：
m_混=ρ_混V_混=1.5kg/m³×7×10^-3m³=1.05×10^-2kg．
每一個吸氣沖程吸入的汽油質量為：
m_油===7×10^-4kg．
1min內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）采用密度小強度大的材料，減輕機動立交橋橋板質量；機動立交橋展開時可在橋下加幾根撐桿，防止橋被壓垮．
分析：機動立交橋橋板采用花紋是利用了摩擦知識．為了防止車輛打滑，要增大摩擦力，在壓力一定時，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，能求出混合氣的質量，根據空燃比，可以求出一個吸氣沖程中汽油的質量m_油．
1min內高溫高壓的燃氣推動活塞做功3000次，要經過3000個吸氣沖程，吸入3000倍的m_油．
根據Q=mq求出汽油完全燃燒放出的熱量．
從機動立交橋的安全性考慮．
點評：本題的綜合比較強，涉及到的知識比較多，涉及到密度、熱值、摩擦、沖程等幾個重要的知識點．
本題的應用性比較強，所以在生活中多觀察生活，把物理和生活聯系起來，學以致用．