鄧潔 萬(wàn)元杰 尚士赟

摘 要：港珠澳大橋建成通車，本文對(duì)如何使港珠澳大橋通車這一社會(huì)活動(dòng)與物理學(xué)習(xí)融合起來(lái)，并讓學(xué)生體會(huì)學(xué)習(xí)物理的意義進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述。

關(guān)鍵詞：港珠澳大橋 社會(huì)活動(dòng) 物理學(xué)習(xí)融合

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1672-1578（2019）01-0117-01

港珠澳大橋建成通車，已成為中國(guó)乃至世界工程技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)桿。這說(shuō)明中國(guó)是橋梁建設(shè)的大國(guó)，也是交通建設(shè)的大國(guó)。港珠澳大橋的建設(shè)規(guī)模，技術(shù)難度和投資額是前所未有的。如何使港珠澳大橋通車這一社會(huì)活動(dòng)與物理學(xué)習(xí)融合起來(lái)？并讓學(xué)生體會(huì)學(xué)習(xí)物理的意義。現(xiàn)在讓我們體驗(yàn)物理學(xué)眼中的港珠澳大橋。

1 環(huán)保問題

（1）按六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)全長(zhǎng)近50公里港珠澳大橋，中間近7公里處不惜成本修建了一條海底隧道，主要作用是什么？

（2）人工島建在海底隧道兩端，它起到的主要作用是什么？

2 聲現(xiàn)象與熱現(xiàn)象

（1）為什么在靠近住宅區(qū)的橋一邊建有一塊約3米高的板墻？

（2）與其它路面相比，瀝青混凝土薄層結(jié)構(gòu)深度增加了近40%。薄層保護(hù)措施，極大提高了高速公路的服務(wù)水平。

（3）當(dāng)汽車越過橋梁時(shí)，每個(gè)距離都會(huì)有明顯的顛簸。這是大橋橋面上的縫隙所致，這些縫隙的作用是什么？

（4）為了使橋體更加堅(jiān)固，港珠澳大橋懸掛高性能繩索，由中國(guó)石化南京化學(xué)研究所有限公司和中國(guó)紡織研究院共同開發(fā)。這種超高分子量聚乙烯纖維由超高分子量聚乙烯纖維制成，其直徑僅為頭發(fā)的1/10。但是，制成電繩纜后，它高于繩纜的強(qiáng)度，承載能力可達(dá)35公斤。為什么這種超高分子量聚乙烯纖維材料具有這種特性？

（5）在建造過程中，該項(xiàng)目位于屯門至香港港口人工島赤角的連接路段內(nèi)，正在建造一條海底隧道內(nèi)。連接隧道的管道內(nèi)壁有裂縫，導(dǎo)致大量泥水流入。為什么采用液氮凍結(jié)技術(shù)很好的解決這個(gè)問題？

（6）在太陽(yáng)光的照射下，橋體溫度高于海水溫度，這是什么原因？

3 光現(xiàn)象

（1）在烈日下，在港珠澳大橋坐在車上看前面時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)橋面上的車輛有些模糊縹緲，為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？

（2）隧道墻體裝飾采用良好的光學(xué)性能和防火材料，使駕駛視覺效果舒適。

（3）為了給車主帶來(lái)安全的駕駛環(huán)境，駕駛員在進(jìn)入隧道之前需要進(jìn)行調(diào)整。東西人工島隧道入口和出口上方的開放區(qū)域設(shè)有距離的減光罩。減光罩應(yīng)用了的光學(xué)原理。

4 力學(xué)問題

（1）為了保護(hù)橋面，內(nèi)地卡車的最大載重量為49噸（貨物總重量），澳門卡車的最大載重量為38噸。根據(jù)地域性原則，車輛必須符合當(dāng)?shù)卣畬?duì)車輛的要求，請(qǐng)你解釋這樣做的原因。

（2）汽車司機(jī)在開車過橋時(shí)，要系安全帶，原因是______。

（3）香港-珠海-澳門大橋，我們的許多跨海大橋，如杭州灣跨海大橋都是設(shè)計(jì)成，以這種方式建造的，一是從物理結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度來(lái)看，有彎度明顯，二是可以引導(dǎo)水流以減少對(duì)橋梁造成的損壞。

（4）速度、路程、時(shí)間計(jì)算。超大型跨海通道的港珠澳大橋有機(jī)連接香港，澳門和珠海。由主橋、人工島和沉管隧道組成。是世界上最長(zhǎng)的公路沉管沉浸式隧隧道，也是世間罕見唯一的深埋沉管隧道。求：①大橋全長(zhǎng)約50 km，大橋的設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，則從香港到珠海需要多少時(shí)間？②大橋中的沉管隧道以設(shè)計(jì)時(shí)速通過的話，要用4.2分鐘的時(shí)間，沉管隧道長(zhǎng)約多少？

（5）密度、壓強(qiáng)、浮力的問題。作為世界上最長(zhǎng)港珠澳大橋的公路沉管隧道?？傞L(zhǎng)度為5.6公里，由33個(gè)浸入式管和“最終接頭”組成。E29和E30之間只有10米以上的間隙，這是“最終關(guān)節(jié)”的位置。將接頭安全平穩(wěn)地提升到大約30米深的海底是一個(gè)非常困難的過程。在水完全注入后，鉤子對(duì)“最終接頭”具有2.0×107N的拉力，并且“最終接頭”下沉到位，起重機(jī)吊裝的最大輸出功率約為6000w。（g取10N/kg，ρ海水取1.0×103 kg/ m3）求：①“最終接頭”下沉后，上表面受到的水壓；②“最終接頭”的平均密度；③吊裝起重機(jī)機(jī)械效率約為多少；④將如此巨大的沉管直接放入船中運(yùn)輸十分困難，請(qǐng)利用學(xué)過的浮力知識(shí)，給海水中運(yùn)輸沉管提出一個(gè)建議。

（6）杠桿省力問題。港珠澳大橋橫跨大洋，為珠江三角洲西部和港澳地區(qū)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，大橋采用斜拉索式，如圖所示。

①在大橋的兩側(cè)，都有很長(zhǎng)的引橋，這是為了______。

②小張對(duì)“橋塔為什么要造那么高”進(jìn)行了研究：他簡(jiǎn)化了橋梁的結(jié)構(gòu)，將其抽象為圖B所示的模型，并繪制了兩座不同的橋塔圖。適當(dāng)增高塔的高度，可以______，從而減小斜拉索的。

③建立模型是一種常用的物理研究方法，請(qǐng)舉一例。

5 電學(xué)問題

大型跨海通道的港珠澳大橋有機(jī)連接香港，珠海和澳門。 “海橋，海底隧道和連接兩者的人工島” 三部分組成。港珠澳大橋夜間照明系統(tǒng)很有特點(diǎn)，它采用日常和節(jié)日照明模式。其中，日常照明模式主要是白色，顯示橋梁的真實(shí)顏色，為橋梁提供基本照明。

（1）工程師使用先進(jìn)的動(dòng)態(tài)變頻燈具進(jìn)行照明可以。

（2）橋段動(dòng)態(tài)1280盞變頻燈，35米燈間距，可根據(jù)道路光照情況照明的需求實(shí)現(xiàn)從0%到100%無(wú)級(jí)別的調(diào)光。若一盞燈功率為10瓦，10小時(shí)消耗電能是多少？

（3）當(dāng)汽車進(jìn)入海底隧道時(shí)，必須選擇正確的照明方法以確保安全駕駛。汽車前照燈通常有兩種照明模式：“視覺照明”和“近距離照明”。當(dāng)“遠(yuǎn)距離照明”時(shí)，前照燈的功率更大。圖B是汽車前照燈的燈泡的示意圖，A和B是燈泡中的兩個(gè)燈絲。開關(guān)A通過開關(guān)S連接到觸點(diǎn)“1”或“2”，以操作燈絲A或B以改變照明模式。燈泡的額定電壓為12伏，燈絲 A的電阻 RA為1.2歐姆，燈絲 B的電阻 RB為1.6歐姆，電源電壓U在12伏時(shí)保持不變。然后，當(dāng)開關(guān)S連接到觸點(diǎn)“1”時(shí)，汽車前照燈是什么樣的照明？通過計(jì)算加以說(shuō)明。