1汽车及安全行车中的光学知识

1、汽车及交通安全中的光学知识研究报告摘要： 汽车作为重要的交通工具，已经成为了人们生活中不可或缺的一部分，高中物理光学知识在汽车及安全行驶有较多的应用。我课题小组首先就汽车的车灯（大灯、转向灯、刹车灯、雾灯），车膜，后视镜，车窗玻璃等部件蕴含的光学知识进行深入得分析研究。然后结合理论知识对如何安全行车的作了一些初步的分析，希望能够对我们高中学生平时交通安全及广大驶员有借鉴作用。关键词：光学 汽车 交通安全l 研究目的和意义汽车作为重要的交通工具，已经成为了人类生活中不可或缺的一部分，汽车的普及对于人们的出行带来了及大的方便，但也带来更多的安全隐患，给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失，我课题研

2、究小组结合我们所学的光学知识，对汽车，及安全行车中所涉及到光学知识进行了深入的研究。一方面可以将我们所学的物理知识在实践中加以应用，可以加深对物理规律的理解，另一方面通过我们力所能及的研究加深对汽车及交通安全的理解对于我们平时的安全，以及将来安全驾驶汽车做好理论上的准备。再一方面可以把我们的研究成果加以推广作为校安全教育校本教材的一个组成部分，也可以推荐给广大驾驶员，供他学学习参考。l 课题小组成员及指导老师课题组成员：指导老师：l 研究的方法和步骤一、 研究方法 文献法：到校图书馆或到互联网上查找有关光学知识、交通安全法规、汽车电器等文献，并深入学习提高理论水平。 调查法：到交警部门了解一些

3、与“光”有关的交通事故案例。到汽车4S店学习了解车的有关光学知识。观察法：很多同学家里都有私家车，我们请家长夜间开车出去，仔细观察夜间行车的光学现象，尽可能多了解汽车安全行驶的光学现象。实验法：对一网上或书上的一些数据我们也进行一些实际测量。二、研究步骤第一阶段：查找资料。本课题组成员带子课题分头去学校的图书馆或通过网络查找有关资料，若遇到其他同学的子课题内容，也收集过来，及时提供给其他同学，做到既分工明确，又相互合作。第二阶段：一个月后，小组成员开会，指导师参加。对收集到的资料进行初步整理、筛选有用信息，确定不够、不全的资料。第三阶段：继续查找资料，补充资料。第四阶段：对资料进行他细分析、整

4、理、寻找子课题的答案。第五阶段：写文章或撰写论文。l 研究成果汇总一、 汽车及交通安全中的光学知识1.交通信号灯为什么用红、黄、绿？这是根据光学原理来确定的。我们知道,光是由红、黄、绿、青、蓝、紫、橙七种光色组成的。这七种光色都有自己的波长,其中红色光波最长,穿透介质的能力也最大,最容易被人们的视觉观察到,同时,红色也易给人们一种危险、警觉的心理反应。所以,就选用红色作为停止信号或作为危险信号。黄色光波长仅次于红色,在七色中居第二位,穿透介质的能力也很大,同时也会给人一种警觉的感觉,所以就选用黄色作为过渡信号,同时也是提醒人们注意的信号。绿色光波的波长也是较长的,由于它与红色和黄色易区别,对比

5、色强,易于辨认。同时,它易给人一种宁静、安全、舒畅的感觉,因此,被用作允许通行信号,通常也被人们作为安全的信号。2汽车的眼睛 汽车前面的两只“大眼睛”叫“大光灯”。夜幕降临，司机打开“大光灯”就能照亮道路。在汽车大光灯下，有两只“小眼睛”，它同车尾两边的两只“小眼睛”相互连结，这不是用来指示方向的“方向灯”。汽车尾部有两只“红色的眼睛”，叫刹车灯“。当驾驶员刹车时，这两只“红眼睛”立刻发亮，它告诉行驶在后面的车辆，注意保持距离。此外，汽车尾部还有两只“白色的眼睛”，叫“倒车灯”，汽车倒车时会发出白色光线，有的还会发出“倒车，请注意：的叫声，我们也要及时避让。(1)汽车的“大光灯”汽车的“大光灯

6、”又叫前大灯，装于汽车头部两侧，用于夜间行车道路的照明。远光灯在凹面镜的焦点上，发出的光会平行射出，光线较为集中，亮度较大，可以照到很远很高的物体。近光灯在其焦点以外，（1倍到2倍焦点间），发出的光呈现发散状态出来，可以照到近处较大范围内的物体。(2)汽车的“方向灯”转向灯是在机动车辆转向时开启以提示前后左右车辆及行人注意的重要指示灯。转向灯灯管采用氙气灯管，单片机控制电路，左右轮换频闪不间断工作。转向灯采用闪光器，实现灯光闪烁。主要可分为阻丝式、电容式和电子式三种。 (3)汽车的“刹车灯”刹车灯，一般安装在车辆尾部，主体颜色为红色的灯，以便后面行驶的车辆易于发现前方车辆刹车，起到防止追尾事故

7、发生的目的。简单的车型就是电源通过保险，然后到刹车开关，踩下制动踏板进行刹车时，开关联通，电被送到两个刹车灯和一个高位刹车灯那里，通过负线与车体连接构成回路。 (4)汽车的“倒车灯”倒车灯装于汽车尾部，用于照亮车后路面，并警告车后的车辆和行人，表示该车正在倒车，倒车灯全部是白色的。(5)汽车的“雾灯”在下雾或下暴雨或白天视线以及能见度不好时使用，引起其他车辆注意，防止碰撞事故的发生。它不是很亮也不提供很远的照明度，但它的效果比普通的近光灯和远光灯更能引起对方或后方的车辆注意。雾灯一般有红，黄，白，蓝四种颜色，因为雾天能见度低，驾驶员视线受到限制。灯光可增大运行距离，红色主要起警示的作用，一般后

8、灯用红色的。黄色雾灯的光穿透力强，它可提高驾驶员与周围交通参与者的能见度，使来车和行人在较远处发现对方 黄色是最纯的颜色，也是穿透力最强的颜色，汽车的黄色防雾灯可以穿透很厚的浓雾射到很远的地方。3汽车的防曝膜光学知识汽车玻璃防爆膜（Car explosion-proof membrane）是指采用金属溅射工艺，将镍、银、钛等高级金属涂于高张力的天然胶膜上，有色彩涂层并经过防爆特殊处理阻隔紫外线的透明薄膜。 2.1防爆膜结构有如下几个： （1）抗磨层：由耐磨聚氨酯组成，硬度高达4H； （2）带色PET安全基层：由高强度、高透明PET聚酯与颜料熔融挤出双向拉伸制得，由于颜料夹在PET膜里面，可防止

9、氧化变色，寿命长达8年； （3）金属隔热层：在PET膜上通过真空蒸镀或真空磁控溅射金属铝、银、镍等对红外线有较高反射率的纳米级金属层； （4）复合胶粘剂：由耐候性良好高透明的聚氨酯胶粘剂组成； （5）UV吸收层：由特种UV吸收剂构成，可阻隔99%的紫外线； （6）透明PET安全基层：由高强度、高透明PET聚酯膜组成，目的是把金属层夹在中间，防止金属氧化，延长金属膜的寿命； （7）安装胶粘剂：由耐候性良好高透明的丙烯酸酯胶粘剂组成； （8）高透明PET离型膜。2.2主要性能特点高档汽车隔热防爆膜的生产工艺极为复杂，以3M汽车防爆膜为例，其产品工艺结构就由聚酯膜层、金属涂层、胶着层、耐磨层、超薄涂

10、层和两个安全基层共七层组成，每个层面实现的功能都是不同的，其主要性能特点有： (1)金属涂层主要是反射和阻挡红外及产生热能的波长，实现隔热、隔紫外线功能。提高空调效能。汽车防爆太阳膜的隔热率可达50%-95%，有效地降低汽车空调的使用，节省燃油，提高空调效率。(2)聚酯膜层和超溥涂层能有效降低刺眼眩光，单向透视，自动调适车内光线，适合任何天色阴阳变化。视野清晰，驾车安全、舒适。 (3)安全基层具有非常好的抗冲击性和抗撕裂性，防止玻璃爆裂飞散。 (4)耐磨层超级耐磨，防止膜面被划伤，保持车体美观。 (5)胶着层是非常重要的层面，整个膜与汽车玻璃结合为一个整体就是通过胶着层。3M膜采用的是独有的专

11、利感压式粘胶层，安全环保，施工结束一周左右达到最佳强度。不但能实现膜的综合性能，还能有效地提高汽车玻璃的强度和刚性。4.汽车的后视镜中的光学知识一部车至少有三个后视镜甚至更多，每个车主一天看它们不下百来回，现代先进的配备使得汽车更聪明、更安全，但是位在车侧两边的左、右后视镜和位于车室内的中央后视镜，无论看来多碍眼，没有一部车少得了它们。汽车后视镜能反映汽车后方、侧方和下方的情况，使驾驶者可以间接看清楚这些位置的情况，它起着“第二只眼睛”的作用，扩大了驾驶者的视野范围。后视镜有一个视界的问题，也就是指镜面所能够反映到的范围。对于汽车后视镜有“视界三要素”的提法：即驾驶者眼睛与后视镜的距离；后视镜

12、的尺寸大小和后视镜的曲率半径。这三要素之间具有一定的关系，当后视镜的距离和尺寸相同时，镜面的曲率半径越小，镜面反映的视界越大。当镜面的曲率半径相同时，镜面的尺寸越大，镜面反映的视界越大。但是，事物总有两重性，虽然镜面的曲率半径越小视野范围越大，但同时镜面反映的物体变形程度也越大，这有些像“哈哈镜”，往往会造成驾驶者的错觉。从行车安全的角度出发，有一个映像失真率的问题。根据行业标准规定，平面镜的失真率不得大于3%，凸面镜的失真率不得大于7%，要求实物图像不能有太大歪曲变形。因此，镜面的曲率半径就有一个限制范围，行业标准规定外后视镜的曲率半径为R1200，内后视镜的曲率半径为无限大(平面镜)。镜子

13、是光学反射式汽车后视装置中的核心零件，镜面又是它的关键部位，镜子主要有两种：第一、平面镜：优点是后视物体无失真，能真实反映车后物体的真实外形及实际距离，给司机有比较准确的判断信息。缺点是后视范围较小，造成过多的视觉盲区。 第二、球面镜：特点是后视物体缩小，后视范围、视角扩大，不能真实反映车后物体大小及实际距离，驾驶员需经过一段适应对比过程。5.汽车的挡风玻玻璃中光学知识轿车前边的车窗玻璃为何要做成倾斜的？大多数人可能一下子会认为：做成这样是为了减小车子行驶过程中的阻力。但大型汽车（如长途客车、公共汽车、大型卡车）驾驶室的前窗玻璃可是竖直的呀？显然这种解答是不科学的！这可要从光学角度来分析：挡风

14、玻璃是透明的，但不是绝对没有反射。坐在驾驶员后面的乘客会由于反射成像在驾驶员的前方。小轿车较矮，坐在里面的乘客经挡风玻璃成像在前方，若挡风玻璃是竖直的，则所成的像与车前方行人的高度差不多，这就会干扰驾驶员的视觉判断，容易出事故.而当挡风玻璃为倾斜时，所成的像就会在车前的上方，驾驶员看不到车内人的像，就不会影响视觉判断，保证行车安全.大型汽车一般很高，驾驶员的位置（视线）比路面行人要高些，这时虽然车内乘客经挡风玻璃反射成的像在车前方，但位置比路上行人高得多，且比较暗淡，因而不会影响驾驶员的视觉判断。二、汽车及安全行驶中的光学知识1.熟知交通指挥灯信号的含义 (1)一般的路口的交通信号灯：绿灯亮时

15、，准许车辆、行人通行；红灯亮时，不准车辆、行人通行；黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已超过停止线的车辆和已经进入人行横道的行人，可以继续通行；黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。（2）铁路道口的交通信号灯：凡遇到道口栏杆（栏门）关闭、音响器发出报警、道口信号显示红色灯光，或道口看守人员示意火车即将通过时，车辆、行人严禁抢行，必须依次停在停止线以外，没有停止线的，停在距最外股钢轨5米（栏门或报警器等应设在这里）以外，不得影响道口栏杆（栏门）的关闭，不得撞、钻、爬越道口栏杆（栏门）设有信号机的铁路道口，两个红灯交替闪烁或红灯稳定亮时，表示火车接近道口，禁止车辆、行人通行。红灯熄白灯亮时

16、，表示道口开通，准许车辆、行人通行。遇有道口信号红灯和白灯同时熄灭时，需停车和止步瞭望，确认安全后，方准通过。2.道路交通安全法对汽车灯光使用的规定（1）夜间路灯开启期间，或者遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等低能见度情况下行驶时，应当开启前照灯、示廓灯和后位灯。（2）转弯、变更车道、超车、掉头、靠边停车时应当提前100米至50米开启转向灯。 （3）机动车通过有交通信号灯控制的交叉路口，向左转弯时，开启转向灯，夜间行驶开启近光灯。（4）同方向行驶的后车与前车近距离行驶时，不得使用远光灯。（5）在没有中心隔离设施或者没有中心线的道路上，夜间会车应当在距相对方向来车150米以外改用近光灯，在窄路、窄桥与

17、非机动车会车时应当使用近光灯。（6）机动车在夜间通过急弯、坡路、拱桥、人行横道或者没有交通信号灯控制的路口时，应当交替使用远近光灯示意。3.能够依据灯光变化判断车辆行驶情况（1）当车速自动减慢和发动机声音变得沉闷时，说明行驶阻力已经增大，汽车正在上坡或驶入松软路面；反之说明行驶阻力减小或汽车在下坡。当灯光离开路面时，应当注意前面可能出现急弯或大坑，或者是上坡车驶上坡顶；当灯光由路中移向一侧时，表明前面出现弯道，当灯光由道路一侧又移向另一侧时，表明车辆已进入连续弯道，驾驶员应减速靠右慢行。地面颜色能反映路面状况，一般来说白色是积水，黑色是坑洼，正常路面多为灰色。通常走灰不走白，遇黑慢下来。（2）

18、当路口突然出现灯光时，说明有汽车驶来。当前车尾灯由暗变明、由高变低时，一般表明跟车距离在缩短。当能看清楚前车尾部的车牌号码时，通常表明跟车过近，必须拉开距离。4.合理使用灯光，是安全行车的保证（1）起步前，应先开亮灯光，看清道路，车辆停稳后关闭灯光；临时停车应该开亮小灯和尾灯，引起外界注意，防止发生意外。在有路灯的街道和市郊道路上，行车时速在30km/h以内时，可使用近光灯或小灯；在无路灯的街道和道路上，行车时速30km/h以上时，应使用远光灯。夜间通过繁华街道时，由于霓虹灯及其他各种颜色光线的交错反射，以及夜间下雨通过沥青路面时，地面光线的反射也较强，应降低车速，改用近光灯或小灯。（2）交通

19、法规规定夜间同向行驶的后车不准使用远光灯，前车一旦遇到后方车开远光灯照射时，前车内后视镜发生反射光，为避免光线的刺激，可变换后视镜的角度，即可减小眩目感，在会车时驾驶员由于受对面车灯光照射眩目，视觉顿时下降，可见度低，这时驾驶员的眼睛可避开照射灯光轴方向或用遮光板遮档或戴防眩镜，会有一定防眩效果。特别是在连续会车后，由于光刺激时间长，眩目产生的危害更大，在由亮处到暗处暗适应的过程中，一定要降低车速，认真了望。但根本的办法是，严格遵守交通法规，夜间在会车时距对方来车150米以处，不准使用远光灯，而用近光灯或小光灯。在窄路窄桥与骑自行车人和行人交会时，更要使用近光灯或小光灯。（3）夜间行车常遇到交

20、叉路口，可根据侧向路来车灯光的照射，预测对方车行驶情况。如路口内有对方车远光灯照射的散射光，可判断车距交叉路口尚远；如大灯光有光束或在路口拐角处树梢上有明亮的光线或电线杆、影壁（多见于T字型路口），做好让行的措施。（4）根据远方车光灯照射的光线，判断前方路况，在天气好的情况下，如对方是远光灯直射光线，且距离远又清楚，可判断前方道路平坦；如远光灯光线突然消失不再出现，可判断前方有路口或弯道，如远光灯线左右大幅度摆动，可判断前方是弯曲道路；如远洒灯线上下浮动（一起一伏）可判断前方是坡路。（5）夜间行车时，车内不能亮灯在晚上乘车或在路边行走时，我们会发现夜晚行驶的汽车，车内的灯都是关闭的.因为当车内

21、开灯时，汽车的挡风玻璃相当于一个平面镜，车内人、物在玻璃的反射下会在车前方形成虚像，由于车内光线比外面强，所以像可能比车前行人还要明显，结果使司机看不清或发生混淆，造成判断失误酿成交通事故.因此，夜间行车，为了避免车前出现车内景物的像，保证司机看清路面上的景物，必须关掉车内的灯光！5. 充分发挥汽车后视镜的作用，有利安全行车 首先正确调整后视镜的角度后视镜对汽车极其重要，正确的调整后视镜能有效的降低事故发生的概率。那么究竟位于左、右，及档风玻璃中央的三个后视镜应该怎么调整？首先把标准坐姿调整好，再来调整镜面角度。（1）中央后视镜：左、右位置调整到镜面的左侧边缘正好切至自己在镜中影像的右耳际，这

22、表示，在一般的驾驶情况下，从中央后视镜里是看不到自己的，而上、下位置则是把远处的地平线置于镜面中央即可。（2）左侧后视镜：上、下位置是把远处的地平线置于中央，左、右位置则调整至车身占据镜面范围的1/4。（3）右侧后视镜：因为驾驶座位于左侧，因此驾驶人对车耳右侧的掌握不是那么容易，再加上有时路边停车的需要，在右侧后视镜在调整上、下位置时地面面积要较大，约占镜面的2/3。而左、右位置则同样调整到车身占1/4面积即可。很多人以为，要消除视线死角，都尽量把左、右后视镜往外调或往下调。另外或许是为了能随时维持整齐的仪容，研究显示，也有很多驾驶人把中央后视镜调整在开车中把自己都照进去。但我们认为要获取最大

23、的有效后视角度，依上述的方式调整才是最正确的。其次要充分发挥汽车后视镜的作用，须注意从以下几个方面着手： （1）行车前要调整好后视镜的位置和角度。行车中，由于车辆的行驶震动，易引起后视镜的位置和角度变化，对此应注意观察并及时调整。 （2）在一般道路上停车、起步、超车、转弯、调头等行驶路线将要发生变化时，要先给出相应的行车信号同时一定要注意观察后视镜，及时了解两侧和后方的交通情况，防止出现突然情况时措手不及，造成交通事故。 （3）在通过集市、交叉路口等行车人较多的地方，要缓慢行进，注意观察后视镜。 （4）在通过两边有非机动车或行人的窄路、窄桥时，要减速慢行，适当注意后视镜；要和非机动车或行人保持必要的横向间距。 （5）在高等级公路上行车时，不仅要注意和前车保持必要的安全距离，还要通过后视镜观察、判断后面车辆的跟车距离，在处理情况时做到心中有数，以免发生追尾事故。 （6）在通过交叉路口时，交通冲突较多，要降低车速，注意观察两侧行人和车辆情况，在保证安全的前提下顺利通过。 （7）在预见性制动前，要观察车后视镜，注意后面车辆的位置和相对行驶速度，再决定采取的制动措施，以防止制动时追尾。6. 夜间