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汽车的排放污染与交通安全
　　快速列车、高速公路、立交桥、地铁、轻轨、先进的空运、海运构筑的现代交通网遍布全球，它与现代人的生活密切相关。汽车，作为公路交通中的主要工具与人类的的生产、生活息息相关。汽车一方面给我们带来方便，另一方面，汽车排放污染和交通安全也是我们关注的两个主题。
汽车排放污染
　　汽车作为曾经推动人类文明向前跃进的现代社会大工业的产物，在给人类的生活带来便捷舒适的同时，对自然生态环境的恶化有着难以推卸的责任。据有关报道，当今世界汽车保有量已超过6亿辆，每年向大气层排放的2×10t有害气体，其中主要有CO、HC、NOx占大气污染总量的60％以上，是公认的污染大气的头号杀手。为了提高汽车辛烷值，采用较广泛的方法是往汽油中加入抗爆剂四乙基铅，汽车在排气时将铅同废气一起排出，空气中部分游离微粒来自汽车排放，铅微粒中含有大量四乙基铅或四甲基铅。四乙基铅是一种带水果香味，具有剧毒的油状液体，少量的四乙基铅进入人体就能引起急性中毒，甚至死亡。CO、HC、NOx等气体以及铅，还有柴油机的烟尘也是对人类健康有害的气体和微粒，还有汽车排放出大量的二氧化碳，使地球产生温室效应等等。汽车排放已成为空气的主要污染源。
　　在国际上，汽车污染严重的事件时有发生。美国洛杉矶市曾因数百万辆汽车排放出大量废气，造成洛杉矶光化学烟雾事件。英国伦敦也发生过类似的事件，数日之内伦敦被浓雾笼罩。最新的事件发生在墨西哥。由于大气污染指数超过规定的指标，墨西哥城今年四月进入环境紧急状态。实施环境紧急状态第一阶段措施，全市约有50％的汽车禁止行驶，20％的加油站停业，整个工业活动减少30％～40％。
　　我国空气污染也相当严重，参加全国大气监测的北京、沈阳、上海等城市，被排在全球污染最严重的城市前10位。我国肺病死亡率高居城市死亡之首，目前平均每10万人就有36个死于肺癌，93人死于呼吸系统疾病。最近，由世界银行贷款完成的《中国机动车排放污染战略研究》中评定，中国城市的污染类型正由煤烟型污染向混合型或机动车污染类型转化，城市中机动车排放已成为城市大气污染的一个主要来源。
　　同国外相比，我国重点城市的机动车保有量并不很大，但轻型汽油车平均排放量为美国的4.5倍。日本东京的汽车数量为北京的4倍，而排放量却比北京低几倍。究其主要原国为：一是我国机动车排放水平差，单车排放物很大。有资料报道：一辆中国汽车尾气污染物排放平均相当于先进国家10～15辆汽车的排放量。国产新小轿车CO排放量是美日新车的14.6倍，H、C则是美国11.8倍。二是我国城市配套设备相对落后。三是我国机动车排放法规比国外晚20年，有的长型车排放标准相当于欧洲70年代末的水平。如果不严格控制排放规定，几年后会如何呢？就以北京为例，我国汽车保有量每年增长量超过15％，北京汽车年增长量超过17％。由于机动车污染程度同排放量成正比，到2010年，CO将由1995年的1.39×106t，增加到 6.92×106t，增加4倍，NOx将由1014×105t，增加至3.27×105t，增加2倍。到那时，污染程度将远远超过墨西哥城发生的机动车排放污染事件。
　　综上所述，汽车排放污染已经到了非治理不可的地步。对城市车辆排放应实行以下的措施：一是推广使用无铅汽油，提高燃油品质。二是严格机动车排放法规。三是研究推广绿色的环保汽车。
　　在人类生活日臻高质量的今天，拯救人类赖以生存的自然环境的迫切要求，对汽车工业的发展提出了极为严峻的挑战。为了在下一世纪汽车工业能够持续发展，以开发和推广电动汽车、多种代用燃料汽车为主要内容的“绿色汽车”工程已在世界范国内展开。世界各大汽车公司都在争相研制各种新型的无污染环保汽车，力图使自己生产的汽车达到或接近“零污染”标准。
　　1．电动汽车
　　电动汽车大致可分为可充电的蓄电池电动汽车，燃烧电池电动汽车，太阳能电动汽车等。
　　蓄电池电动汽车，即使用可反复充电的工电池做动力装置的汽车。蓄电池电动汽车可以说是一种真正达到“零排放”的绿色汽车。它所需的电可来自风能、水能、核能或太阳能的转化。
　　燃料电池电动汽车，燃料电池是把燃料中的化学能直接转化为电能的装置，它从外表上看像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池具有纯量转化率高，不污染环境、寿命长等优点。
　　太阳能电动汽车，标志着太阳能电动汽车水平的是光电能量的转化效率。国际上光电转换效率的先进水平已达21.2％，目前日本、德国、法国和印度等国都已研制出太阳能汽车。
　　2．替代燃料汽车
　　替代燃料汽车开发的基本设想是使用汽油和柴油以外的燃料。到目前为止，可用作替代燃料的是天然气、醇类、氢等。
　　天然气汽车是以天然气作为动力燃料的汽车，包括压缩天然气，液化石油气和液化天然气作为动力燃料。有关专家认为，天然气汽车是目前最具有推广价值的低污染汽车，尤其适合于城市公共交通和出租汽车使用。
　　醇类燃料电池，高浓度的醇类也是汽车发动机的极佳燃料。与现在常用的汽车燃料相比，它的利用率高，污染小。
交通安全
　　一．ABS－防抱死刹车系统
　　现在汽车上的ABS(防抱死刹车系统)越来越多，一些厂商更是拿ABS来“说山”，好像汽车有了ABS就高人一等似的，有的干脆在车屁股上贴上ABS三字母，以显示自己。
　　 其实ABS是一个老生常谈的问题，但由于事关安全，还是多明白些更好。ABS是英文Anti-lock Braking System(防抱死刹车系统)的缩写。自从ABS从飞机上被引用到汽车上之后，可说是大行其道，许多高级车早就将它列为标准配备。现在，配备ABS已不再是高级车的专利。
　　1.轮胎因刹车不能转动而对地面失去摩擦力的时候，可说轮胎已经被刹车片“抱死”。如果前轮被抱死，这时候，任何控制引导汽车行驶方向的功能几乎等于零，因此方向盘的转动和车行方向没有什么对应的关系，车子的行进方向也就无从控制；如果后轮先于前轮被抱死，后轮控制车尾行进的能力立即消失，这时阻止车轮向前的力量集中在前轮，而车尾则会不受控制地扭曲，也即常说的“甩尾”，此时相当危险。
　　2.车辆在行驶时踩刹车，特别是急刹车时，很容易造成轮胎抱死而打滑，车身极易侧滑、摆头、甩尾，此时转方向盘也无法控制车的方向，而且轮胎与地面由滚动摩擦变成滑动摩擦，抓地力几乎消失殆尽。此时，ABS感应到轮胎锁死后，就会快速“点放”刹车摩擦片。此举可解除轮胎的抱死现象，维持轮胎与地面的附着力，驾驶者因而可控制车身方向。
　　一个真正的驾车好手没有ABS照样能通过“点刹”达到防止刹车抱死的目标，但毕竟这些人只是少数。况且如果四个车轮的抓地力不一样时，高档次的ABS则可根据每个车轮上的抓地力大小分别调整每个车轮上的刹车力，这是任何驾车好手也做不到的。
　　3.ABS当然有档次之分。ABS分电子式与机械式两种，通常原车所配ABS为电子式，购车后加装的ABS多为机械式。一般来讲，机械式ABS的效果不如电子式ABS。
　　电子式ABS根据油压回路数又分三种：一是单回路ABS。这种ABS只控制后轮，大多装在载货车上，而且只配置一个轮速感应器，一般装在后轴差速器里。轿车最常用的ABS是三回路，两个前轮分别由一组油路控制。因为刹车时重心前移，刹车作用力大半发生在前轮，后轮负荷相当轻，所以只用一组油路控制两个后轮即可。四回路ABS的每个车轮都由独立的油路负责，一般高性能汽车上才装四回路ABS。
　　4.ABS可以缩短刹车距离，但是效果还是有限，ABS不能大幅缩短刹车距离。在正常的直行路面上，熟练的车手常常可以不用ABS而比使用ABS更快停住。ABS的主要任务是为了避免轮胎抱死而使车身失去控制发生侧滑、甩尾等危险现象。因此在刹车盘受到过重压力而将要抱死之际，ABS会自行感应并采用适当的间歇收放刹车压力动作，在轮胎抱死之前(即滚动变滑动之前)，其与地面的摩擦力可达最大值，也就是说减速力最佳并有最短的刹车距离。故严格说来，刹车距离缩短，只是ABS的一项附加价值而已，因此效果并不明显。ABS的本意是要防止汽车发生侧滑、甩尾等危险现象。
　　二．安全带
　　汽车安全带是一种安全装置，它能在汽车发生碰撞或急拐弯时，约束乘员尽可能保持原有的位置而不移动和转动，避免与车内坚硬部件发生碰撞而造成伤害。安全带与安全气囊一样，都是现代轿车上的安全装置，但是前者的历史悠久，范围普及。
　　早在一百年前，在欧美国家的马车座位上已经有了安全带，防止乘客从马车上颠下来。1922年，赛车场上的跑车开始使用安全带；1955年，美国福特汽车装用了安全带；1968年，美国规定轿车面向前方的座位均要安装安全带。从此世界轿车兴起了安全带，欧洲和日本等发达国家都相继制定了汽车乘员必须要佩带安全带的规定，我国公安部也于1992年11月15日颁布了通告， 规定从1993年7月1日起，所有小客车(包括轿车、吉普车、面包车、微型车)在行驶时，驾驶员和前排座乘车人都必须使用安全带。
　　轿车上使用的安全带，按固定方式分为两点式安全带和三点式安全带两种。两点式安全带与车体或座椅构架仅有两个固定点，软带从腰的两侧挂到腹部，形似腰带，在碰撞事故中可以防止乘员身体前移或从车内甩出，优点是使用方便，容易解脱，缺点是乘员上体容易前倾，前座乘员头部会撞到仪表板或挡风玻璃上，所以这种安全带主要用在轿车后排座位上。三点式安全带是弥补两点式安全带缺点的一种安全带，它在两点式安全带的基础上增加了肩带，在靠近肩部的车体上有一个固定点，可同时防止乘员躯体前移和防止上半身前倾，增强了乘员的安全性，是目前使用最普遍的一种安全带。
　　轿车的安全带都由织带、安装固定件和卷收器等部件组成。织带是构成安全带的主体，多用尼龙、聚脂、维尼纶等合成纤维原丝纺编织成宽约50毫米，厚约1.5毫米的带子，具有足够的强度、延伸性能和吸收能量的性能。对于织带的技术性能指标，各国都有明确的规定，要符合规定才能使用。安装固定件是与车体或座椅构件相连接的耳片、插件和螺栓等，它们的安装位置和牢固性，直接影响到安全带的保护效果和乘员的舒适感。因此各国对于安全固定件的安装位置和安装标准也有明确的规定，以防意外。卷收器的作用是贮存织带和锁止织带拉出，它是安全带系统中最复杂的机械件。早在70年代初期，卷收器里面就有棘轮机构，当织带从卷收器连续拉出过程一旦停止，棘轮机构就会作锁紧动作，阻止拉出织带，使安全带不会自动放松。70年代中期又出现了车辆遇到紧急状态时可将织带自动锁紧，而在正常情况下乘员可以在座椅上自由运动的卷收器。由于这种卷收器内的敏感元件按敏感对象不同，又分为车感型、带感型和兼之前面二者的双感型等三种类型。车感型卷收器的锁紧装置是由车身加速度传感控制的；带感型卷收器的锁紧装置是由织带拉出加速度传感控制的；双感型卷收器的锁紧装置是由车身加速度和织带拉出加速度的双重传感控制的。这些传感器都适用于三点式安全带。80年代末期，人们又开发出一种自动安全带，只要乘员上车关上车门，安全带就能自动佩带在乘员身上，不需要乘员做任何动作，大大提高了使用的便利性。
　　三．安全气囊
　　安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。安装了安全气囊装置的轿车方向盘，平时与普通方向盘没有什么区别。但一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会在瞬间从方向盘内“蹦”出来，垫在方向盘与驾驶者之间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。这种奇妙的装置自从面世以来，已经挽救了许多人的性命。美国一研究所分析了1985年至1993年美国770多起汽车交通事故，发现有气囊装置的轿车前部撞车，驾驶者的死亡率，大轿车降低了30％，中型轿车降低了11％，小型轿车降低了14％。
　　安全气囊的英文缩写字母是SRS，可以在轿车的方向盘上看到。其实，安全气囊的正式名称叫“辅助约束系统”（Supplemental Restraint System）。顾名思义，它在约束系统中只是充当配角，是配合主角安全带的。它使用的基本前提是佩带安全带。两者相互配合，可大大降低车祸伤亡率。安全气囊系统在检测出汽车发生碰撞后，充气装置的点火剂燃烧，使气囊膨胀。气囊像气垫一样阻隔在方向盘、仪表板和前窗之间，前座乘客在撞上气囊时，气囊边泄气边吸收冲击的能量。如果气囊不泄气，乘员反弹回来又会造成二次伤害。因此，气囊从充气到瘪气的工作过程只是弹指间，十分麻利。
　　例题：
　　1．汽车尾气（含有烃类、CO、SO2和NO等物质）是城市空气的污染源，治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”。它的特点是使CO与NO反应生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。
　　 1．写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式_________
　　 2．“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是________________________
　　 3．控制城市空气污染源的方法可以有______
　　A 开发氢能源 　B 使用电动车
　　C 植树造林 　　D 戴上呼吸面具
　　解析:
　　1．
　　2．SO2转化为SO3产生硫酸而形成酸雾
　　3．A、B
　　对汽车尾气治理方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”。它使CO、NO发生氧化还原反应，根据氧化还原反应中化合价归中可判断出产物为无毒气体N2；也使SO2氧化为SO3，并与水反应生成强酸H2SO4，从而在一定程度上提高了空气的酸度。
　　2．现代汽车中有一种先进的制动机构，可保证车轮在制动时不是完全刹死滑行，而是让车轮仍有一定的滚动。经研究这种方法可以更有效地制动，它有一个自动检测车速的装置，用来控 制车轮的转动，其原理如右图，铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体，M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时，线圈中会有电流，这是由于齿靠近线圈时被磁化，使磁通量增强，齿离开线圈时磁通量减弱，磁通变化使线圈中产生了感应电流。将这个电流经放大后去控制制动机构，可有效地防止车轮被制动抱死。
　　如图所示，当齿a转到虚线位置过程中M中有什么方向的感应电流？
　　解析:
　　M中先有自右向左，后有自左向右的感应电流。
　　3．你若想驾驶车辆，有时在考证时要经历一项重要的测试，这就是测试你估测速度的能力，例如一个运动目标，被障碍物遮住了一段时间，你能不能估测出它再度出现的时刻，并立即作出反应？
　　现在建议你亲自制作一个简易的速度估测器。
　　　　　　　　　
　　如上图所示，将一个易拉罐G除去盖子（代表一个运动体），在桌面的左端用木板搭一个斜坡，易拉罐可从斜坡上滚下，沿桌面前进。在其前进道路的右侧竖放两个盒子A、B，它们能挡住你的视线，在盒子右端再放一本书P，书上放两把尺作为导槽，使导槽与易拉罐的路径互相垂直，导槽上放一个乒乓球。当易拉罐滚动后，你要估测它在A、B盒子背后经历的时间；一旦它出现，立即用手指弹射乒乓球，设法将球打进罐中，从而检测你对运动体运动快慢的估计能力。
　　这种能力在现代交通中有什么实际意义？
　　解析:
　　估测运动物体快慢有重要实际意义。驾车或骑自行车的人总是在不断地判断身边的行车、行人与自己交叉通过或可能相遇的时间，然后作出是加速、保持原速还是减速，是继续直行还是改变方向的决断。这些实际上都是根据位移、速度估测其到达某一位置的时间，这种估计失误就会造成事故。
　　4． 氢气燃料汽车，以氢气为动力的发动机在燃烧过程中，只会排出水蒸气而无二氧化碳等其他废气排出，因而不会产生温室效应，对环境极有好处，是环保汽车。
　　（1）．为何氢气会成为未来工业发展的主要能源，它具有何优点？
　　（2）．列举目前我国工业中氢气的来源途径（两例）和未来工业中氢气的来源途径。
　　（3）．如果每摩尔氢气燃烧后生产水蒸气并放出241.8kJ的热量，写出H2燃烧的热化学反应方程式。
　　（4）．设想该氢气汽车一个汽缸的容积为0.4L，压缩比（指汽缸活塞推进和推出时最小体积和最大体积之比）为1:8。100.0kPa和300K条件下往汽缸内通入氢气和空气，其体积比为1:7；在这以后活塞压缩氢气和空气直到汽缸体积达到最小，这时点火燃烧，若燃烧反应瞬间完成，气体温度迅速升高到2000K，计算此时气体对活塞的压强。
　　（5）．有一辆氢气燃料汽车重6t，阻力是车重的0.05倍，最大输出功率为60kW。求：
　　①车以a=0.5m/s2从静止匀加速起动，能有多长时间？
　　②最大行驶速度为多少？
　　③若此车以最大速度从上海驶往慈溪（约300km），发动机的效率为50%，则需要多少氢气作燃料？
　　解析:
　　（1）．氢气是一种高能的燃料，等质量的燃料中氢气释放的热量最大（1分）；
　　 未来制备氢气的原料是水，水取之不竭，不受资源限制（1分）
　　 氢气是一种清洁燃料，不污染空气（1分）
　　 （2）．天然气或裂解石油气 CH4＋H2O→CO＋3H2
　　 焦碳制氢气 C＋H2O→CO＋H2
　　 电解NaCl溶液或电解15%KOH溶液（2分，以上三例只需答出两例）
　　 利用太阳光能和光电化学反应直接电解水（1分）
　　 （3）．2H2（g）+O2（g）==2H2O（g）+483.6kJ （2分）
　　 （4）．P2＝P1× ＝5000kPa （4分）
　　 （5）． ① F－f＝ma 　P额＝Fv ' 　v '＝at
　　 由以上三式可解得 t＝ ＝20s （3分）
　　 ② v＝P/f＝20m/s （2分）
　　 ③ F＝f＝3×103 N
　　 W＝F·s＝9×103 J
　　 W总＝W/η＝1.8×103 J
　　 mH＝1.8×109×2/285.8×103g＝12.6kg （4分）
　　练习：
　　1．用物理学原理说明，使用气囊与不使用气囊相比较，为什么前者比较安全？
　　2．某种气囊内贮有硝酸铵（NH4NO3），它受猛烈冲击后能迅速分解，产生大量一氧化二氮气体，试写出其化学反应式。若需要产生30L的一氧化二氮，需要贮备多少摩尔的硝酸铵？
　　3．若某次事故中汽车的速度是35m/s，乘员冲向气袋后经0.2s停止运动。人体冲向气袋的质量约为40kg，头部和胸部作用在气袋上的面积约为 700cm2。估算一下，在这种情况下，人的头部和胸部受到的平均压强为多大？相当于多少个大气压？
　　【参考答案】
　　1．当汽车因撞车突然停止时，人因惯性而向前冲撞挡风玻璃等处，撞击时间极短，根据牛顿运动定律，当速度变化Δv一定时，时间越小，作用力F越大，且由于接触面积很小，压强会很大，使人致伤。有了气囊，可大大减小作用力，且又减小了压强，可避免受伤。
　　2．要产生30L的N2O，需要N2O的物质的量是1.34mol。产生1mol N2O需要1mol的NH4NO3，所以产生30L的N2O要1.34mol的NH4NO3。
　　3．平均压强1.0×105Pa。
　　人的头部和胸部受到的平均压强，相当于1个大气压。
　　本题是化学知识和物理知识的综合，也是知识运用于交通安全的典型事例。在没有安全气袋的情况下，人接触撞击物的面积按20cm2计，接触时间按0.05s计，则同样情况受到的平均压强达到70个大气压左右。
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