5 跨学科实践：桥
1．小明发现生活中的桥千差万别，各具特色．如图甲所示．桥有些是平板桥，有些是向上凸起的凸形桥，也有些是向下凹的凹形桥．这引起了他的思考：所有桥梁的功能都是有利于人和车辆的通行，那么汽车行驶时对凸形桥和凹形桥的压力一样吗？哪种桥容易被压坏？
第1题图
为此小明将汽车通行凸形桥和凹形桥的运动路径简化为曲线轨道，并构建了图乙所示的模型，A点是凸形桥的最高点，B点是凹形桥的最低点．先固定轨道，再将压力传感器固定在A、B两点的下面．图丙所示，汽车通过时压力显示器就显示出压力的大小了．
他猜想：汽车通过不同形状桥对桥的压力，可能与汽车的质量、汽车过桥的速度大小、桥面的粗糙程度、AB两点所在曲线轨道(可以看成是圆的一部分)的半径等因素有关．
小明让玩具小车通过图乙的曲线轨道(玩具小车通过轨道时不会压坏轨道)，这就模拟了汽车通过凸形桥、凹形桥的情景．
请回答下列问题：
(1)玩具小车在图乙的曲线轨道匀速前进，它的运动状态是改变的(填“改变”或“不变”)．
(2)玩具小车对桥的压力和桥对汽车的支持力是一对相互作用力(填“平衡力”或“相互作用力”)．
(3)实验时，小明让玩具小车在轨道上以相同的速度通过A、B两点，收集到压力显示器显示的数据如表所示．分析表中数据可以得到结论：
①分析1、4(或2、5或3、6)次实验数据，可以得出结论：玩具小车通过A点或B点时，玩具小车对桥面的压力与玩具小车的重力有关；
②分析1、2、3次实验数据可以得出结论：玩具小车通过A点或B点时，玩具小车对桥面的压力与玩具小车的速度有关；
③任意分析其中一次实验数据可以得出结论：玩具小车通过A点或B点时，玩具小车对桥面的压力与A、B两点所在圆的半径有关；
④由表中数据可知：一定质量的汽车以相同的速度通过A点或B点时，容易压坏桥的是B(填“A”或“B”)点．
2.悬索桥(图甲)是建桥工程上的壮观景色，它的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，小明观察了悬索桥后，想知道两个拉力产生的作用效果与互成的角度有什么关系，于是她进行了下面的探究．
第2题图
【项目分解】
(1)查阅资料；(2)项目设计；(3)实际应用．
悬索桥，也被称为吊桥(suspension bridge)，是一种桥梁类型，其主要特点是桥身通过两条或几条缆索悬吊在空中．这种缆索通常被锚固于两岸的索塔上，并通过吊杆将桥面吊起．在悬索桥中，吊杆起到将垂直载荷传递给缆索的作用，而加劲梁则主要负责承受风荷载和其他横向水平力．索塔是悬索桥的一个重要支撑构件，它主要以受压状态工作．为了减小由于荷载引起的挠度和振动，通常在桥面和吊杆之间设置加劲梁，并与缆索形成一个组合体系，从而提高桥梁的整体稳定性和安全性．因此，悬索桥的设计需要考虑多种因素，包括缆索的几何形状、材料的选用以及如何有效地分配力和承担重量，以达到安全可靠的承载能力．
【设计方案】
如图乙，用两个互成角度的弹簧测力计拉固定在木板上的橡皮筋，依据拉力与弹簧的伸长量成正比，当每次把橡皮筋拉到相同位置时，可以认为这两个拉力产生的作用效果相同．
【项目实施】
(1)按照设计方案，小明用两个大小相等的拉力拉同一根橡皮筋完成了实验，将实验结果记录如下表：(拉力F是拉橡皮筋到达预定位置的力)
①分析上表可知，两个拉力F1与F2产生的作用效果与互成的角度有关，即当作用效果相同时，互成的角度越大，两个拉力越大(填“越大”或“越小”)．
②在上表中，当两个拉力互成角度为0°时，拉力F1与F2之和与拉力F的大小相等，当两个拉力相等且互成180°时，此时F1与F2是一对平衡力，橡皮筋保持静止状态．
(2)以上实验中一个力F和F1与F2两个力产生的作用效果相同，物理中把F叫作F1与F2的合力，F1、F2叫作F的分力，有人说合力一定比任意一个分力大，根据上表数据你判断这种说法是错误的，请根据表格中的具体数据，举例说明当角度为120°时，分力的大小与合力的大小是相同的．
(3)根据实验结果，请你提出在家正确的安装晾衣架承重钢丝(图丙)的建议：考虑到两条钢丝的承拉能力，夹角不宜过大．
3．阅读短文，回答问题．
高架桥侧翻
2019年10月10日，严重超载的大货车行驶在312国道锡港路上的高架桥上时，引起桥面垮塌，造成严重的车祸，整个桥面向一侧翻倒，而桥墩几乎完好无损，桥面也几乎完好无损．这种奇怪的垮塌方式，究竟是如何形成的呢？
高架桥是承受动载的设施．其结构如图甲所示，主要由桥梁、桥墩、支座等三部分组成，桥梁有顶板、翼缘板、腹板、底板等构成．
当车辆在桥梁上行驶时，桥梁会受到摩擦和震动，同时桥梁桥面会热胀冷缩，这些都会使桥面发生变形破损．为了化解摩擦、震动、热胀冷缩等产生的危害，在桥墩上安装支座支撑着桥梁，支座常选用橡胶支座．
无锡312国道锡港路上的高架，垮塌段的桥墩是单桥墩，其结构如图乙所示．桥墩的上表面有2个支座支撑着桥梁，这种单立柱的桥墩宽度都小于桥面的宽度，如图丙所示．桥面在竖直方向上受到自身的重力、桥面载重对桥面的压力以及两个支座向上的支撑力共同作用下保持平衡．当一侧的压力F越大时，另一侧桥墩支座给桥面的支撑力就会越小．如果压力F继续变大，那么桥面就会像杠杆一样失去平衡，另一侧翘起来，一旦翘起来后，支座处接触发生改变，桥面会从桥墩上滑落，从而发生侧翻．
第3题图
(1)选用橡胶支座能够抗压，起到缓冲的作用，是因为其C．
A．硬度大 B．导热性好 C．弹性好 D．导电性好
(2)图丙中，将桥面视作杠杆，当重载卡车在高架桥最左侧行驶时桥面侧翻，支点是左(填“左”或“右”)支座．
(3)影响桥面侧翻的因素是C(单项选择)．
A．压力的大小
B．支撑点到压力作用点的距离
C．压力与支撑点到压力作用点距离的乘积
D．压力与支撑点到压力作用点距离之和
(4)如图丙，如果在两个支座中间再增加一个支座，桥面侧翻危害的风险将不变(填“减小”“增大”或“不变”)．
(5)为了减小桥面侧翻的危害，下列措施不正确的是A(单项选择)．
A．增强桥墩混凝土的强度
B．增大桥墩的宽度
C．禁止超重车行驶
D．减小桥梁翼缘板的宽度
4．2024年11月23日，扩建工程历时3年多的G104济南黄河大桥新桥通车．济南黄河公路大桥主跨420米，桥宽60.7米，桥塔高达168.6米，主桥长1 208米，是黄河流域跨径最大、钢桥总长最长的公轨分层合建桥梁．新桥上层采用双向8车道一级公路兼城市快速路标准，设计时速80公里．下层采用双线轨道交通，预留轨道交通7号线通道，是山东省首条穿越黄河的轨道交通线路．它的通车让济南起步区与中心城区联系更为紧密．
(1)如图所示，黄河大桥新桥的桥面距水面8 m，它在水中的“倒影”距桥面 m，这是光的 (填“反射”或“折射”)现象．
(2)黄河大桥新桥桥塔距地面的距离相当于 层普通楼房的高度．
(3)当汽车以15 m/s的速度匀速行驶，通过大桥主跨需要多少时间？
(4)如果一辆汽车通过大桥主桥全程用时1 min，请通过计算说明这辆汽车是否超出设计时速？
第4题图
解：(1)16 反射 (2)56
(3)由v＝得，通过大桥主跨的时间：t＝＝ ＝28 s；
(4)t＝1 min 60 s
汽车通过整座大桥的速度：
v′＝＝≈20.13 m/s＝72.48 km/h<80 km/h，
可见，汽车通过大桥主桥时没有超出设计时速．5 跨学科实践：桥
1．小明发现生活中的桥千差万别，各具特色．如图甲所示．桥有些是平板桥，有些是向上凸起的凸形桥，也有些是向下凹的凹形桥．这引起了他的思考：所有桥梁的功能都是有利于人和车辆的通行，那么汽车行驶时对凸形桥和凹形桥的压力一样吗？哪种桥容易被压坏？
第1题图
为此小明将汽车通行凸形桥和凹形桥的运动路径简化为曲线轨道，并构建了图乙所示的模型，A点是凸形桥的最高点，B点是凹形桥的最低点．先固定轨道，再将压力传感器固定在A、B两点的下面．图丙所示，汽车通过时压力显示器就显示出压力的大小了．
他猜想：汽车通过不同形状桥对桥的压力，可能与汽车的质量、汽车过桥的速度大小、桥面的粗糙程度、AB两点所在曲线轨道(可以看成是圆的一部分)的半径等因素有关．
小明让玩具小车通过图乙的曲线轨道(玩具小车通过轨道时不会压坏轨道)，这就模拟了汽车通过凸形桥、凹形桥的情景．
请回答下列问题：
(1)玩具小车在图乙的曲线轨道匀速前进，它的运动状态是 的(填“改变”或“不变”)．
(2)玩具小车对桥的压力和桥对汽车的支持力是一对 (填“平衡力”或“相互作用力”)．
(3)实验时，小明让玩具小车在轨道上以相同的速度通过A、B两点，收集到压力显示器显示的数据如表所示．分析表中数据可以得到结论：
①分析1、4(或2、5或3、6)次实验数据，可以得出结论：玩具小车通过A点或B点时，玩具小车对桥面的压力与玩具小车的 有关；
②分析1、2、3次实验数据可以得出结论：玩具小车通过A点或B点时，玩具小车对桥面的压力与玩具小车的 有关；
③任意分析其中一次实验数据可以得出结论：玩具小车通过A点或B点时，玩具小车对桥面的压力与A、B两点所在圆的半径有关；
④由表中数据可知：一定质量的汽车以相同的速度通过A点或B点时，容易压坏桥的是 (填“A”或“B”)点．
2.悬索桥(图甲)是建桥工程上的壮观景色，它的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，小明观察了悬索桥后，想知道两个拉力产生的作用效果与互成的角度有什么关系，于是她进行了下面的探究．
第2题图
【项目分解】
(1)查阅资料；(2)项目设计；(3)实际应用．
悬索桥，也被称为吊桥(suspension bridge)，是一种桥梁类型，其主要特点是桥身通过两条或几条缆索悬吊在空中．这种缆索通常被锚固于两岸的索塔上，并通过吊杆将桥面吊起．在悬索桥中，吊杆起到将垂直载荷传递给缆索的作用，而加劲梁则主要负责承受风荷载和其他横向水平力．索塔是悬索桥的一个重要支撑构件，它主要以受压状态工作．为了减小由于荷载引起的挠度和振动，通常在桥面和吊杆之间设置加劲梁，并与缆索形成一个组合体系，从而提高桥梁的整体稳定性和安全性．因此，悬索桥的设计需要考虑多种因素，包括缆索的几何形状、材料的选用以及如何有效地分配力和承担重量，以达到安全可靠的承载能力．
【设计方案】
如图乙，用两个互成角度的弹簧测力计拉固定在木板上的橡皮筋，依据拉力与弹簧的伸长量成正比，当每次把橡皮筋拉到相同位置时，可以认为这两个拉力产生的作用效果相同．
【项目实施】
(1)按照设计方案，小明用两个大小相等的拉力拉同一根橡皮筋完成了实验，将实验结果记录如下表：(拉力F是拉橡皮筋到达预定位置的力)
①分析上表可知，两个拉力F1与F2产生的作用效果与互成的角度有关，即当作用效果相同时，互成的角度越大，两个拉力 (填“越大”或“越小”)．
②在上表中，当两个拉力互成角度为0°时，拉力F1与F2之和与拉力F的大小 ，当两个拉力相等且互成180°时，此时F1与F2是一对 力，橡皮筋保持静止状态．
(2)以上实验中一个力F和F1与F2两个力产生的作用效果相同，物理中把F叫作F1与F2的合力，F1、F2叫作F的分力，有人说合力一定比任意一个分力大，根据上表数据你判断这种说法是 的，请根据表格中的具体数据，举例说明 ．
(3)根据实验结果，请你提出在家正确的安装晾衣架承重钢丝(图丙)的建议： ．
3．阅读短文，回答问题．
高架桥侧翻
2019年10月10日，严重超载的大货车行驶在312国道锡港路上的高架桥上时，引起桥面垮塌，造成严重的车祸，整个桥面向一侧翻倒，而桥墩几乎完好无损，桥面也几乎完好无损．这种奇怪的垮塌方式，究竟是如何形成的呢？
高架桥是承受动载的设施．其结构如图甲所示，主要由桥梁、桥墩、支座等三部分组成，桥梁有顶板、翼缘板、腹板、底板等构成．
当车辆在桥梁上行驶时，桥梁会受到摩擦和震动，同时桥梁桥面会热胀冷缩，这些都会使桥面发生变形破损．为了化解摩擦、震动、热胀冷缩等产生的危害，在桥墩上安装支座支撑着桥梁，支座常选用橡胶支座．
无锡312国道锡港路上的高架，垮塌段的桥墩是单桥墩，其结构如图乙所示．桥墩的上表面有2个支座支撑着桥梁，这种单立柱的桥墩宽度都小于桥面的宽度，如图丙所示．桥面在竖直方向上受到自身的重力、桥面载重对桥面的压力以及两个支座向上的支撑力共同作用下保持平衡．当一侧的压力F越大时，另一侧桥墩支座给桥面的支撑力就会越小．如果压力F继续变大，那么桥面就会像杠杆一样失去平衡，另一侧翘起来，一旦翘起来后，支座处接触发生改变，桥面会从桥墩上滑落，从而发生侧翻．
第3题图
(1)选用橡胶支座能够抗压，起到缓冲的作用，是因为其 ．
A．硬度大 B．导热性好 C．弹性好 D．导电性好
(2)图丙中，将桥面视作杠杆，当重载卡车在高架桥最左侧行驶时桥面侧翻，支点是 (填“左”或“右”)支座．
(3)影响桥面侧翻的因素是 (单项选择)．
A．压力的大小
B．支撑点到压力作用点的距离
C．压力与支撑点到压力作用点距离的乘积
D．压力与支撑点到压力作用点距离之和
(4)如图丙，如果在两个支座中间再增加一个支座，桥面侧翻危害的风险将 (填“减小”“增大”或“不变”)．
(5)为了减小桥面侧翻的危害，下列措施不正确的是 (单项选择)．
A．增强桥墩混凝土的强度
B．增大桥墩的宽度
C．禁止超重车行驶
D．减小桥梁翼缘板的宽度
4．2024年11月23日，扩建工程历时3年多的G104济南黄河大桥新桥通车．济南黄河公路大桥主跨420米，桥宽60.7米，桥塔高达168.6米，主桥长1 208米，是黄河流域跨径最大、钢桥总长最长的公轨分层合建桥梁．新桥上层采用双向8车道一级公路兼城市快速路标准，设计时速80公里．下层采用双线轨道交通，预留轨道交通7号线通道，是山东省首条穿越黄河的轨道交通线路．它的通车让济南起步区与中心城区联系更为紧密．
(1)如图所示，黄河大桥新桥的桥面距水面8 m，它在水中的“倒影”距桥面 m，这是光的 (填“反射”或“折射”)现象．
(2)黄河大桥新桥桥塔距地面的距离相当于 层普通楼房的高度．
(3)当汽车以15 m/s的速度匀速行驶，通过大桥主跨需要多少时间？
(4)如果一辆汽车通过大桥主桥全程用时1 min，请通过计算说明这辆汽车是否超出设计时速？
第4题图
