牛栏山第一中学名师、优秀教师、骨干教师、教坛新秀

汽车安全运行与牛顿运动定律【教学背景分析】随着社会的发展，汽车已经成为人们出行的主要交通工具。

但对汽车知识的了解和安全意识的培养是现在中学生所欠缺的地方。

所以针对本节内容，将教学内容的重点由力学计算迁移到对安全行车的认识上。

使学生在了解现在先进技术在汽车中应用的同时，增强汽车安全意识。

根据教学的总体目标，根据学生的情况和教学资源，本节课主要采取的教学方式：以学生为主体，老师为主导的引导加探究教学；学生在网上搜寻和整理资料，在课堂上使用幻灯片等信息技术手段展示和讨论。

从定性及定量的信息中认识到危及行车安全的要素，增加安全意识是本节课的重点和难点。

【教学目标】1．知识与技能：1）了解汽车中先进技术的应用。

2)什么是汽车安全运行距离，并会利用匀变速直线运动规律求解汽车安全运行距离。

3）会利用匀变速直线运动规律结合牛顿运动定律求解交通事故中的受力问题问题。

4）从牛顿定律角度了解安全带、气囊等装置能减小交通事故伤害的物理道理。

2．过程与方法：1)由直观视频及图形提取信息及提高认识能力。

2）提高分析推理能力；加强搜集信息、交流合作的能力。

3．情感、态度与价值观：学生领会安全行驶的要素，增强安全意识，更加珍爱生命。

【教学过程】一、引课：上课了，一个学生拿着一个雪团匆忙跑进教室，我叫住他。

【教师】：问他喜欢雪天吗？【学生】：喜欢，因为可以玩雪。

【教师】：仅此而已吗？你往北看看，想起了什么著名诗辞？（我的学校在顺义牛栏山，往北可以隐约看见怀柔的长城）【学生】：这个学生信口背出了毛泽东的《沁园春雪》诗句：北国风光，千里冰封，万里雪飘。

望长城内外，惟馀莽莽；大河上下，顿失滔滔。

山舞银蛇，原驰蜡象，欲与天公试比高。

须晴日，看红妆素裹，分外妖娆。

（背诵将带动全班气氛）【教师】：同学们请想一想，谁不愿意过这样的雪天呢？【学生】：司机……【教师】：这样的天气确实给驾车带来很多麻烦，在上班的路上看到很多起交通事故。

下面我们通过一段视频来进一步感受在雪天行车的艰难。

（展示视频材料）意图：在视频中学生看到汽车在雪天起步的艰难，看到想刹车而不能及时停住的无奈，使学生切实感受到雪天行车的危险性—（附1-播放视频）我们今天要学习的，就是关于汽车安全的知识—〖板书〗：汽车安全运行与牛顿运动定律二、新课教学：〖板书〗：一、定性介绍汽车相关知识【教师】：找同学介绍汽车的相关知识。

（提前布置作业，要求上网搜集）【学生】：在汽车运行过程中，与安全密切相关的是不同车轮间的转速与抓地力问题。

下面我们对现代汽车的的应对策略简单介绍。

（辅助幻灯片）1、盘式制动器盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。

它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。

制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。

分泵固定在制动器的底板上固定不动，制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。

盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。

特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。

有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，以加速通风散热和提高制动效率。

2、防抱死制动系统(ABS)ABS是Anti-lockBrakingSystem缩写。

世界上最早的ABS系统是首先在飞机上应用的，后来又成为高级轿车的标准配备，现在则大多数轿车都装有ABS。

众所周知，刹车时不能一脚踩死，而应分步刹车，一踩一松，直至汽车停下，但遇到急刹时，常需要汽车紧急停下来，很想一脚到底就把汽车停下，这时由于车轮容易发生抱死不转动，从而使汽车发生危险情况，比如前轮抱死引起汽车失去转弯能力，后轮抱死容易发生甩尾事故等等。

安装ABS就是为解决刹车时车轮抱死这个问题的，装有ABS的汽车，能有效控制车轮保持在转动状态而不会抱死不转，从而大大提高了刹车时汽车的稳定性及较差路面条件下的汽车制动性能。

ABS是通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器等不断检测各车轮的转速，由计算机计算出当时的车轮滑移率(由滑移率来了解汽车车轮是否已抱死)，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想的制动状态。

因此，ABS装置能够使车轮始终维持在有微弱滑移的滚动状态下制动，而不会抱死，达到提高制动效能的目的。

3、电子制动力分配系统(EBD)EBD能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS提高制动稳定性。

汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。

比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。

EBD用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。

4、牵引力控制系统(TCS)TCS又称循迹控制系统。

汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。

同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。

TCS就是针对此问题而设计的。

TCS依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时(这是；打滑的特征)，就会发出一个信号，调节点火时间、减小气门开度、减小油门、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。

TCS可以提高汽车行驶稳定性，提高加速性，提高爬坡能力。

原来只是豪华轿车上才安装TCS，现在许多普通轿车上也有。

TCS如果和ABS相互配合使用，将进一步增强汽车的安全性能。

TCS和ABS可共用车轴上的轮速传感器，并与行车电脑连接，不断监视各轮转速，当在低速发现打滑时，TCS会立刻通知ABS动作来减低此车轮的打滑。

若在高速发现打滑时，TCS立即向行车电脑发出指令，指挥发动机降速或变速器降挡，使打滑车轮不再打滑，防止车辆失控甩尾。

5、电子稳定装置(ESP)电子稳定装置(ElectronicStablityProgram，简称ESP)是由奔驰汽车公司首先应用在它的A级车上的。

ESP实际上是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。

如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。

下面请大家观看一些车的打滑和甩尾现象。

（附2-播放视频）【教师】：肯定汇报同学，提出问题：下面我们通过牛顿定律来定量了解刹车中所涉及的问题。

〖板书〗：二、定量计算具体问题例题：某公路发生了一起交通事故。

空载小轿车与重载汽车迎面相撞，车损坏。

（辅助幻灯片）车型装载初速度（km/h）制动距离(m)大型汽车重30 9.5小型汽车空30 6.5【教师】：分析汽车的运动。

【学生】：将汽车简化为质点，制动过程为匀减速运动模型。

【教师】：由表格求出各自的制动加速度。

【学生】：思考、作答。

（利用实物投影展示学生做法，注意规范性作答）【教师】：图中读出的物理量为位移，结合加速度和初速度，求各自的末速度。

【学生】：思考、作答。

（利用实物投影展示学生做法）【教师】：在实际生活中，达到上述加速度要求，真的能够实现行驶安全吗？【学生】：讨论、作答（分组讨论并汇报）【教师】：汽车在行驶中，当驾驶员发现紧急情况直至踩下制动踏板发生制动作用之前的这段时间称为反应时间，反应时间内车辆行驶的距离称为反应距离。

制动距离是指驾驶员踩下制动踏板产生作用至汽车完全停止时，轮胎在路面上出现明显的拖印的距离。

安全距离是反应距离和制动距离之和。

〖板书〗１、安全运行距离=反应距离+制动距离【教师】：猜想影响汽车刹车距离的因素有哪些？【学生】：讨论、作答。

（分组讨论并汇报）【教师】：反应距离由人的反应时间和车速决定；制动距离取决于车况与路况。

（展示图片）【教师】：反应时间内为匀速直线运动，制动时间内为匀变速运动。

在上述例题中考虑反应距离，则出事点车速怎么变？后果会怎样？【学生】：思考、作答。

（利用实物投影展示学生做法）【教师】：计算出两辆车的安全运行距离分别是多少？【学生】：思考、作答。

（利用实物投影展示学生做法）【教师】：通过以上的学习，你认为安全行车的要求是什么？对哪些物理量有要求？【学生】：思考、作答。

〖板书〗：2、汽车安全行驶要素：减小V0；增大制动a ；增大安全行驶距离S 【教师】：通过上面的计算我们可以体会到汽车刹车刹车过程中反应时间对刹车距离的影响，希望我们以后成为司机后要保持清醒和灵敏的头脑。

禁止酒后驾车的主要原因是反映时间的延长，增加反应距离。

（同时也存在超速和紧急情况处理不当的可能）〖板书〗3、事故中车与人的受力分析【教师】：在上述例题中，若大货车的质量为10t，假设小客车在相撞前已经停止，而货车的速度为15m/s，撞后两车一起运行了0.04秒停止运动，试分析货车及货车司机受到的撞击力？若车内有一位质量为50kg的乘员，当车受到撞击时，求人对仪表盘或挡风玻璃的作用力为多大？【学生】：思考、作答。

（利用实物投影展示学生做法）【教师】：交通事故中的死亡加速度a=500g，求解对于碰撞后0.0045秒停下的车来说，撞前的速度是多少以下才不致达到死亡加速度？如果驾驶员的质量为80kg，那么达到此加速度时其受到的座椅的压力是多少？【学生】：思考、作答。

（利用实物投影展示学生做法）〖板书〗：4、汽车被动安全设施简介【教师】：为了避免在行车事故中受到伤害，汽车上装有多个缓冲设施。

找同学介绍汽车的相关知识。

（提前布置作业，要求上网搜集）【学生】：安全带是被动安全技术中最核心的技术，虽然它看起来最简单最不起眼最没有技术含量。

但如果就此低估了安全带的作用那就大错特错了。

为什么国家要用交通处罚来强制大家形成系安全带的习惯，因为，安全带其实非常重要。

汽车安全气囊系统（简称SRS）是辅助安全系统，它通常是作为安全带的辅助安全装置出现。

通俗地说，安全带的作用，就是在发生碰撞时将人牢牢地固定在座位上，从而有效避免因为巨大的惯性和冲力导致人与车内的物件发生激烈的碰撞，因为车发生碰撞时力量是非常之大的。

而安全气囊是在这一前提下，进一步保障车辆因碰撞变形而对人有可能产生的锐利伤害，比如变形挤压和力量的缓冲等等。

当汽车与障碍物碰撞后，称为一次碰撞，乘员与车内构件发生碰撞，称为二次碰撞，气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个充满气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度。