Question

13．如圖所示，斜拉橋是大跨徑橋梁最流行的橋型之一，它是將主梁用許多鋼索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)體系．我國(guó)至今已建成各種類型的斜拉橋100多座，已成為擁有斜拉橋最多的國(guó)家，其中連接蘇州和南通兩市的蘇通大橋?yàn)槭澜缧崩瓨虻诙�跨�?008年6月30日建成通車(chē)，全長(zhǎng)34.2km，主跨1088m，是我國(guó)建橋史上工程規(guī)模最大、綜合建設(shè)條件最復(fù)雜的特大型橋梁工程．

斜拉橋的建設(shè)，用到了很多物理學(xué)的知識(shí)和研究方法，將大橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，取其部分可抽象成如圖（d）所示的模型．
（1）通過(guò)圖（d）可以看出它用到了杠桿的相關(guān)知識(shí)，其中O是支點(diǎn)，F(xiàn)₁代表橋重和過(guò)往車(chē)輛等對(duì)橋的作用力．
（2）為了減小鋼索承受的拉力，在需要與可能的前提下，可以適當(dāng)增加橋塔的高度，其原因是增加橋塔的高度，可以增大拉力的力臂，拉力會(huì)隨之減�。�
（3）請(qǐng)你來(lái)設(shè)計(jì)新的斜拉橋，你還有什么方法可以減輕鋼索承受的拉力使用新型材料，減小橋自重（寫(xiě)出一種方法即可）．
（4）在上述的研究中，我們用到了物理學(xué)中很重要的一種研究方法：模型法．建立模型可以幫助人們透過(guò)現(xiàn)象，忽略次要因素，從本質(zhì)認(rèn)識(shí)和處理問(wèn)題，還可以幫助人們顯示復(fù)雜事物及過(guò)程，幫助人們研究不易甚至無(wú)法直接觀察的現(xiàn)象．在物理的學(xué)習(xí)中，你在研究哪些問(wèn)題時(shí)也用到了這種研究方法？請(qǐng)舉一例具體說(shuō)明研究磁場(chǎng)時(shí)，引入“磁感線”．

Answer 1

分析 （1）通過(guò)圖示的模型結(jié)合杠桿的定義，即可確定它用到的相關(guān)知識(shí)．
（2）通過(guò)橋高度的變化，結(jié)合圖示模型分析出杠桿五要素中哪個(gè)量發(fā)生了變化，然后再利用杠桿平衡條件分析出原因．
（3）由于鋼索克服的是橋重和過(guò)往車(chē)輛等產(chǎn)生的對(duì)橋的壓力，從這個(gè)角度來(lái)減輕鋼索承受拉力；
（4）光線、磁感線的學(xué)習(xí)用到了模型法．

解答 解：（1）圖丁所示的模型，可以看做是一個(gè)在力的作用下靜止在水平位置的硬棒，結(jié)合杠桿的定義，即可知道它就是杠桿的模型．所以用到了杠桿的知識(shí)．其中O是支點(diǎn)，F(xiàn)1代表橋重和過(guò)往車(chē)輛等產(chǎn)生的對(duì)橋的作用力．
（2）由圖可知，若增加塔橋的高度，即增加了支點(diǎn)O到F2的距離，即增大了動(dòng)力臂L1，根據(jù)公式F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$，可以得到，在阻力和阻力臂不變的情況下，動(dòng)力臂越大，動(dòng)力越小即橋?qū)︿撍鞯睦�力就越�。?br />（3）由于鋼索承受的是橋重和過(guò)往車(chē)輛等產(chǎn)生的對(duì)橋的作用力，所以要減輕鋼索承受的拉力，就要從減輕橋的自身重力和載重汽車(chē)的最大載重量來(lái)入手考慮．即使用新型材料，減小橋自重；限制載重汽車(chē)的最大載重量．
（4）在研究磁場(chǎng)時(shí)，引入“磁感線”；采用的是理想模型法；磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，在探究“通電螺線管磁場(chǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了研究通電螺線管周?chē)�的磁�?chǎng)分布情況，我們通常選用小鐵屑做實(shí)驗(yàn)來(lái)顯示其周?chē)�的磁�?chǎng)分布情況，通過(guò)觀察通電螺線管的外部磁場(chǎng)分布情況，可以看出：通電螺線管周?chē)�的磁�?chǎng)分布與條形磁鐵的相類似．
故答案為：（1）杠桿；支點(diǎn)；F₁．
（2）增加橋塔的高度，可以增大拉力的力臂，拉力會(huì)隨之減�。�
（3）使用新型材料，減小橋自重．
（4）研究磁場(chǎng)時(shí)，引入“磁感線”．

點(diǎn)評(píng) 將圖示的鋼索斜拉橋抽象成杠桿模型是解決此題的突破口；將所學(xué)的物理知識(shí)與生活實(shí)際相聯(lián)系．