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的一種結構體系．我國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家，其中連接蘇州和南通兩市的蘇通大橋為世界斜拉橋第二跨，2008年6月30日建成通車，全長34.2km，主跨1088m，是我國建橋史上工程規(guī)模最大、綜合建設條件最復雜的特大型橋梁工程．

斜拉橋的建設，用到了很多物理學的知識和研究方法，將大橋的結構進行簡化，取其部分可抽象成如圖（d）所示的模型．
（1）通過圖（d）可以看出它用到了杠桿的相關知識，其中O是支點，F(xiàn)₁代表橋重和過往車輛等對橋的作用力．
（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，拉力會隨之減�。�
（3）請你來設計新的斜拉橋，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（寫出一種方法即可）．
（4）在上述的研究中，我們用到了物理學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現(xiàn)象，忽略次要因素，從本質認識和處理問題，還可以幫助人們顯示復雜事物及過程，幫助人們研究不易甚至無法直接觀察的現(xiàn)象．在物理的學習中，你在研究哪些問題時也用到了這種研究方法？請舉一例具體說明研究磁場時，引入“磁感線”．

Answer 1

分析 （1）通過圖示的模型結合杠桿的定義，即可確定它用到的相關知識．
（2）通過橋高度的變化，結合圖示模型分析出杠桿五要素中哪個量發(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往車輛等產生的對橋的壓力，從這個角度來減輕鋼索承受拉力；
（4）光線、磁感線的學習用到了模型法．

解答 解：（1）圖丁所示的模型，可以看做是一個在力的作用下靜止在水平位置的硬棒，結合杠桿的定義，即可知道它就是杠桿的模型．所以用到了杠桿的知識．其中O是支點，F(xiàn)1代表橋重和過往車輛等產生的對橋的作用力．
（2）由圖可知，若增加塔橋的高度，即增加了支點O到F2的距離，即增大了動力臂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，動力臂越大，動力越小即橋對鋼索的拉力就越�。�
（3）由于鋼索承受的是橋重和過往車輛等產生的對橋的作用力，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的最大載重量來入手考慮．即使用新型材料，減小橋自重；限制載重汽車的最大載重量．
（4）在研究磁場時，引入“磁感線”；采用的是理想模型法；磁場看不見、摸不著，在探究“通電螺線管磁場”的實驗中，為了研究通電螺線管周圍的磁場分布情況，我們通常選用小鐵屑做實驗來顯示其周圍的磁場分布情況，通過觀察通電螺線管的外部磁場分布情況，可以看出：通電螺線管周圍的磁場分布與條形磁鐵的相類似．
故答案為：（1）杠桿；支點；F₁．
（2）增加橋塔的高度，可以增大拉力的力臂，拉力會隨之減小．
（3）使用新型材料，減小橋自重．
（4）研究磁場時，引入“磁感線”．

點評 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；將所學的物理知識與生活實際相聯(lián)系．