生活中的物理

1生活中的物理在我们生活中，有许多有趣的现象，其中包含着物理知识，当我们了解了其中的奥秘后，就会恍然大悟。当我们掌握了一些物理知识，就能对周围发生或存在的事物作出正确的解释，也能解决一些具体的问题。[例1]小文，帮妈妈把果酱拧开。”早餐时，妈妈从冰箱中拿出果酱瓶拧了几下拧不开后对小文说：“叫你不要把果酱瓶拧得太紧，你总不听，害得我总是拧不开。”“我是没有拧得太紧呀！”小文委屈得嘀咕着，但拧了几下也拧不开。“这不能怪小文。”爸爸走过来说，又对小文说：“你应该想一想，为什么拧不开呢？”小文想了一会儿，没想出个所以然。这时，爸爸拿来一块热毛巾在铁的瓶盖上捂了一会儿，然后将果酱瓶递给小文，小文一拧，轻松地拧开了。“这下你该知道是什么原因了吧！”爸爸问道。“知道了。”小文解释说：“果酱瓶放入冰箱时，尽管盖子没有拧得很紧，但果酱瓶放入冰箱中遇冷体积收缩。但金属盖子的收缩比玻璃瓶大，所以就紧紧的卡在瓶口，很难拧开，而刚才用热毛巾一捂，金属盖子就松了，所以能轻松的拧开了。”[例2]暑假里，学校组织同学们去四川九寨沟旅游。那天下午，大家要去参观海拔四千多米的黄龙景区，当汽车沿着蜿蜒的盘山公路上山时，突然，车上发出一声沉闷的爆炸声，“咦，我的‘上好佳’怎么爆炸了？”一位同学喊着。这时其他的同学也发现，一些上海带去的膨化食品袋虽然还未爆炸，但也一袋袋涨得硬邦邦的。正当大家议论着这个奇怪的现象时，车厢里又开始弥漫着浓浓的水雾，像澡堂一样。“有发生了什么事呵！”同学们不安的问道，“别担心，是汽车水箱中的水开了。”这时，带队的老师就这些现象开始向学生们进行了讲解。原来在我们的周围存在着大气压，而大气压是会随着高度而变化的，离地面越高，大气压就越小。刚才，我们上山的过程中，由于高度越来越高，周围的大气压就越来越小，而我们所带的膨化食品是在上海买的，密闭的食品袋内是一个标准大气压，而现在，外面的大气压减小了许多，食品袋内部就会向外膨胀。所以就将食品袋涨的硬邦邦的，而一些承受不了压力的食品袋就发生了爆炸，“那满车厢的水雾又是怎么回事呢？”同学们问道。“水的沸点是多少？”“100℃”一个同学抢着回答。“一定是100℃吗？”“在一个标准大气压下是100℃。”同学们经过思考后回答。“那现在周围是一个标准大气压吗？”“哦！我明白了，我来说。”一个同学站起来，向大家做了如下解释：“我们上海周围的大气压为一个标准大气压，水要达到100℃才会沸腾，而汽车水箱中的水一般达不到这个温度，所以我们很少遇到水箱中水开的现象。而现在，我们周围的大气压小于一个标准大气压，水的沸点低于100℃，也许只有90℃多，甚至只有80℃多，而现在汽车水箱中的水已经达到了这个温度，所以水就开了。”“讲得很好。”老师赞许的对这个同学点了点头，接着又补充说：“水箱中的水开了以后，就变成了水蒸气，而我们现在周围由于海拔高，气温较低，车厢中的水蒸气遇冷液化成小水珠，这就形成了弥漫在我们周围的水雾。”[例3]夏天，我们使用的吊扇配有一个调速器，当我们将吊扇的速度调慢时，过一会儿，调速器摸上去有点发热。当我们将吊扇的速度调到最慢时，调速器摸上去温度最高。而当吊扇转速最快时，调速器几乎不发热。你是否发现了这个问题，请试一下。这究竟是什么原因呢？吊扇的调速器实际上相当于一个变阻器，它与吊扇串联连接，通过的电流相等。当它的电阻变大时，吊扇的转速变慢，根据公式P=I2R调速器的电阻也将消耗电功率，而这部分电能将转化为内能，所以调速器发热。当吊扇转速最小时，调速器的电阻最大，消耗的电功率也最大，所以调速器的温度也最高。可以证明，只要调速器的电阻不大于吊扇的电阻，调速器的电阻越大，消耗的电功率也越大，而调速器的电阻不会超过吊扇的电阻。[例4]当今，在居民大楼里几乎都有这样的装置：白天光线充足，楼道很明亮时，楼道照明灯是不亮的；到了晚上或者日间的阴雨天，光线很暗时，楼道中只要有人行走或有声2音发出，照明灯就自动发光，过一会儿，照明灯又会自动熄灭。这样的装置，既安全，又能够节约用电，它受到光和声音的双重控制。你知道这个装置的电路吗？给你一个电灯，一个光控开关，一个声控延时开关，你能设计一个电路，达到以上的效果吗。电路的要求是：只有在光线很暗时，电灯才有可能发光，若光线较亮时，电灯不能发光；即使在光线很暗时，也只有在发声时电灯才有可能发亮，若没有声音电灯不能发光。也就是说：只有同时满足光线很暗和发出声音两个条件，电灯才可能发亮。因此，应该将电灯与光控开关、声控开关串联后接入照明电路如图。当光线较亮时，光控开关断开，电路一定断开；当光线较暗时，光控开关闭合，但此时电路并未连通，只有当有声音发出，声控开关也闭合（并延续一段时间），电灯发光，稍后，声控开关自动断开，则电灯自动熄灭，直到下次发出声音……。[例5]教室里有6盏日光灯，下面各挂了一个按钮开关，墙壁上的开关可以同时控制6盏日光灯，物理老师上课时将实验仪器接入墙上的插座中做光学实验，为了使实验效果好一些，让同学将墙壁上的开关关掉，使6盏日光灯熄灭，但当6盏日光灯熄灭后，实验用的小灯泡也不发光了，但重新打开6盏日光灯后，实验用的小灯泡又发光了。这其中的原因是什么？为了较好地完成实验，该采取什么办法？在照明电路中，日光灯是并联连接的，插座和日光灯之间也是并联连接的，所以使用时，互不影响，但为了方便，象教室、会议室、礼堂等公共场所，经常将电键接在2盏、3盏或更多盏电灯，甚至是全部电灯的干路上，使一个电键能同时控制多盏电灯的发光。这间教室中，墙壁上的开关一定接在了6盏电灯并联后的干路上，而每盏日光灯下的开关是在干路连通的情况下，还可以单独控制本支路日光灯的发光。一般情况下，插座应是一条独立支路，并联在电路中，但不在电键所控制的各条支路中，所以电键闭合与否，并不影响插座的使用。而上述现象表明：干路中开关所控制的各条支路中，还包括了插座这条支路。也就是说，墙壁上的开关控制的不是6条支路，而是7条支路，电路如图(a)所示，所以当电键S断开时，6盏日光灯不发光，同时，插座这条支路也被切断，实验仪器无法工作。为了使实验能够进行，并且同时日光灯熄灭使教室中光线尽可能暗一些来增强实验效果，我们可采取的方法是：闭合电键S，同时断开各盏日光灯下的电键S1、S2、S3……，但这是权宜之计。根本的解决方法是把电路改接，如图(b)，使插座成为独立支路，不受电键S的控制。[例6]近些年来，一些家庭安装了分时电度表，电表对每天晚上10时至第二天早上6时用电低谷时的用电量分开计数，而电力部门对这部分用电量按普通电价的一半计价。安装了分时电度表后，市场上带定时功能的大容量贮水式电热水器畅销，这是什么原因？原来这些家庭将买来的电热水器的定时装置设定在晚上10时到第二天早上6时，这样当晚上10电源光控开关声控延时开关电源S(b)S1S2S3S4S5S6电源S(a)S1S2S3S4S5S63时以后热水器工作，将水加热并保温（一般电热水器都用这个功能）。而这些热水能供第二天白天的使用。这样，热水器都在晚上用电，电价便宜，不但节约了开支，同时又减轻了白天用电高峰时的电力负荷。[例7]物理老师S老师在暑假里的一天接到同事外语老师W老师的电话，说他家的电路发生了故障，没电了。当S老师赶到W老师家中，经过检查，闸刀开关、保险丝等全部完好，邻居家也有电。问题出在什么地方呢？S老师发现W老师家新装了一台空调机，但谈起空调机时，W老师还说起为了这台空调机，还专门配了一个稳压器，当用电高峰电压过低时能自动切断电路，保护空调机。“对！问题就出在稳压器上。”S老师说。同学们，你知道这究竟发生了什么事呢？原来W老师家把稳压器接在了干路上了。稳压器能当电路电压低于（或高于）一定值时自动切断空调机的电源而保护空调机不受损坏，所以应该串联在空调机的支路中。而W老师家将稳压器接在了干路中，这样，当电路电压低于（或高于）一定值时自动切断了家中全部电路，所以就没电了[例7]小平家中有“110V，25W”和“110V，60W”的灯泡各一只，可是家用的电源电压是220V，他设计了四种方案，准备把两只灯连接在220V的电路中使用，四种方案如下图所示。你以为有哪几个方案可以让两只灯正常工作，该电路中电阻R的阻值多大？其中最佳方案是哪个？并说明理由。欲使两灯均能正常工作，必须使两灯两端的电压均为110V。而两灯规格不同，各灯的电阻也不同，若把它们简单地串联起来，由串联分压的规律可知，电阻大的灯两端电压大，将造成一灯不能正常发光，而另一个灯可能两端电压太大而烧坏，这是不可行的。所以A方案是错误的。B方案采取两灯并联的方式，它们两端的电压是相等的，但要使两灯的电压均为110V，则UR也应等于110V，这就需要电阻R的阻值与L1、L2并联的电阻R并相等，即R=R1R2R1+R2,R1=U21额P1额=(110V)225W=484，R2=U22额P2额=(110V)260W=201.7，则R=484201.7484+201.7=142理论上这种方案可行，但是通过R的电流是通过两灯电流之和，UR又等于U并，根据P=UI可知在电阻R上消耗的功率与两灯消耗的功率相等，造成电能的很大的浪费，是不可取的，故B方案可行但不可取。从上面的计算已知R1R2，而根据并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，若采取C方案R并R2，更小于R1，这种连接方案两灯不可能均分到110V电压，故C方案错的，而D方案把电阻R与L1并联，从而减少这部分电路的电阻，使其等于R2，是可行的。而电阻R的阻值应该满足RR1R+R1=R2的条件。则RR1=R2R+R1R2，R=R1R2R1-R2=484201.7484-201.7=346，因为R与L1并联，通过R的电流是通过L2电流的一部分，这样，电阻R上消耗的功率比较小一些，故D方案是四种方案中的最佳方案。李惠利中学施琨L1L2RRL2L1L1L2RL1L2ABCD