玩具汽車中的物理知識點梳理和分析

王浩志

摘 要：玩具汽車雖小，蘊含物理知識較多。本文對玩具汽車進行了分類，分類標準為玩具汽車動力的類型。然后根據不同類型玩具汽車的情況，聯系高中物理教科書，逐一找出其中蘊含的物理知識點，涉及到力學、電學、光學、熱學等，不同的類型，知識點有差異。通過觀察、發現和整理知識點，能檢驗和加深物理知識學習，增強學習的興趣，寓教于簡單常見的事物和現象。

關鍵詞：玩具汽車 物理知識點 梳理和分析

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（b）-0067-02

每個孩子都會有很多玩具汽車，從小到大，從簡單到復雜，從小型到大型，從單一到系列，承載了孩子的成長之路。高中后，這些玩具汽車就進了收納箱，基本被束之高閣。如果能在緊張的學習之余，找出當年的玩具，結合自己學習的物理知識，在玩具中尋找物理知識點，能激發自己的學習興趣，也能鞏固自己的學習成果。本文從這個角度出發，就玩具汽車蘊含的物理知識點進行了分析和梳理。

1 玩具汽車的分類

不同的標準，可以把玩具汽車分為不同的類型。本文從動力來源的角度出發，把玩具汽車分為：無動力型、發條動力型、齒輪發條動力型、電力驅動型、太陽能轉換電力驅動型。根據電力驅動型的驅動開關設置又分為自身設置開關電力驅動型和遙控開關電力驅動型。這些不同型號的玩具汽車，蘊含的物理知識點區別較大，有的單純涉及力學知識，有的則涉及力學、電學、光學、熱學等知識。知識點梳理以點帶面，偏重大的知識點輪廓，對個性化玩具涉及的小知識點不在總結之列。

2 不同類型玩具汽車的物理知識點

（1）無動力型玩具汽車涉及的物理知識點。這類玩具汽車很常見，一般只單純涉及力學知識，主要是摩擦力。當汽車在桌面上跑動時，輪胎與桌面發生相對運動，桌面相對于輪胎向前運動，就受到輪胎提供的向后的摩擦力，輪胎也受到等大反向的向前的反作用力，因此小車憑借桌面提供的摩擦力向前運動。輪胎和桌面的粗糙程度等決定著摩擦因數，輪胎胎面越粗糙摩擦因數越大，其他條件相同時則受到摩擦力越大。

（2）發條動力型玩具汽車。此類玩具也非常常見，其中所蘊含的原理主要是發條這種簡單的物理機械裝置。發條的工作原理主要是將能量輸入其中轉化為彈力勢能，在小車運動過程中彈力勢能轉化為動能是小車獲得前進的速度。在實際的生活中，轉動小車外面的轉軸，用外力轉動轉軸連動齒輪最終使小車其中的發條也就是剛性彈片發生彈性形變從而具有彈性勢能，當我們撤去外力時，發條恢復原本的形變，彈力勢能轉化為動能帶動齒輪轉動是小車前進。

（3）齒輪發條動力型。就是我們平常所常見的將小車放在桌面壓住向后運動，松開手后小車向前跑的一類小車，它與發條動力型汽車的原理基本相似，只是改變了“上發條”這一過程的方法。齒輪發條小車是通過輪胎轉動進行儲能的一種小車，發條發生彈性形變后的過程與發條小車相同。

（4）電力驅動型的核心裝置為電動機，電動機原理為電流的磁效應。當一導線通電后，其周圍會產生磁場，若將其再放入一磁場中，則磁場之間將存在相互作用力，也就是我們所說的通電導線在磁場中受力。將導線放入磁場中，當給導線通電時，導線就會收到力的作用，從而使導線轉動，進而帶動小車輪胎轉動前進。其中導線受力F=BILsinα，其中B為磁場強度，I為電力大小，L為導線長度，α為B與L的夾角。

圖1為最簡單的電動機模型，左右兩邊是磁鐵提供磁場，中間是通電導線。用左手定則判斷通電導線受力方向，磁場方向向左，左邊導線電流往里則受力向上，右邊導線電流往外則受力向下，因此中間的環形導線在安培力的作用下順時針旋轉起來。

（5）太陽能轉換電力驅動型與普通電力驅動型的差別則在于電能的來源不同，普通電力驅動小車由化學電池提供電能，太陽能轉化電力驅動型顧名思義是有太陽能轉化為電能。太陽能電池的原理則來源于光生伏特效應，光生伏特效應是指半導體在受到光照射時產生電動勢的現象。光生伏特效應簡稱光伏效應，屬于內光電效應，而高中所學習的光電效應則為外光電效應，是指光子照在金屬上其能量可以被某一電子瞬間吸收動能增加，當其的動能足以克服原子核對它引力所做的功時，就可以在極短的時間里逸出金屬表面形成光電子，從而形成光電子。由公式E=hv（h為普朗克常數，v為光子頻率） 可知，電子所具有的動能只與v有關而與光強無關。因此每一種金屬在發生光電效應時都存在一個極限頻率，當光的頻率大于極限頻率時，才會發生光電效應。此為外光電效應，而內光電效應則發生在半導體中，半導體材料的導電性能遠遠不及導體，但如果給半導體中價帶的電子提供能量，將其躍遷到導帶中，從而在價帶中就產生了空穴，形成了一對可以導電的電子，這里的電子并未形成光電子逸出，但也顯然發生了由光照而產生的電效應。

（6）玩具汽車上的其他物理知識點。 車輪上的摩擦力問題，有的玩具汽車因為用電力帶動，動力較強，但需要轉彎等動作設計，車輪會設計的比較粗糙，有意識增加摩擦力；車身上的反光漆原理，有的玩具廠商為了增加玩具汽車的觀賞性，有意識地為玩具汽車加裝反光漆，反光漆一般是把玻璃微小顆粒加入油漆中，當光照射到玩具汽車時，微小的玻璃顆粒會有很好的反射作用，從而達到比較好的反光效果，有點類似于公路上的各類指示牌子。

3 玩具汽車涉及物理知識點的討論

經過以上的論述，我們可以從玩具汽車中發現其中包含著不少的物理知識，主要包括力學摩擦力做功、動勢能轉化、電磁學知識、光電效應等。經過一番研究學習，曾在課本上的知識原來就隱藏在我們的生活中，并發揮著至關重要的作用，與我們的生活息息相關。

這些物理知識不僅僅只是應用在玩具汽車上，摩擦力是我們生活必不可少的組成，沒有摩擦力我們將寸步難行，其應用也極為廣泛，傳送帶等等都依靠著摩擦力帶動物體運動。發條裝置這種簡單的機械裝置在機械手表等領域中都有著廣泛的應用。電流磁效應與光伏效應應用更是廣泛。幾乎所有的電器都利用著電流磁效應，如電視、手機、電磁爐等等以及磁懸浮列車也應用了這一原理。光伏效應則在通信、交通、海洋檢測等領域都有廣泛應用。

小小的玩具汽車就蘊含著這么多的物理原理，我們的日常生活更有許多物理知識等待我們探索。我們要把課堂上學到的知識運用到實踐中學以致用。物理作為一門自然科學是其他自然學科的基礎，學好物理能讓我們更好地了解事物發展規律從而更好地了解世界。

參考文獻

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[3] 卞鈺.緊密聯系學生生活的高中物理課堂教學實踐研究[J].中學生課程輔導（教師通訊），2015（4）：91.