資源簡介

自行車中的物理知識 目錄
序號
分類
頁碼
1
教材 單元二 自行車中的物理學問
2
《自行車中的物理學問》研究方案
3
“自行車”的物理試題-9頁.doc
4
000教案--自行車中的物理知識-4頁.doc
5
00- 自行車-17頁.doc
6
1教案-2頁.doc
7
01--自行車 教材--8頁.doc
8
2教案-3頁.doc
9
03-84班物理研究型學習6頁.doc
10
003實踐活動表格24頁.doc
11
81班-2頁.doc
12
82班-3頁.doc
13
83班-3頁.doc
14
84班-2頁.doc
15
85班2頁.doc
16
86班-7頁.doc
17
87班2頁.doc
18
88班-4頁.doc
19
從物理角度看騎車技巧-3頁.doc
20
教案：自行車中的物理知識----3頁.doc
21
物理研究型學習教案--6頁.doc
22
樣表8張.doc
23
自行車的物理知識7頁.doc
24
自行車的物理知識的教學設計------------3頁.doc
25
自行車架尺寸9頁.doc
26
自行車中的物理知識5頁.doc
單元二 自行車中的物理學問
學習目標：運用所學學科知識來解釋生活現象，體會知識學習的意義；學會觀察的一種方法，并做好觀察記錄；在與他人的交流中學會取長補短，體會合作學習的重要性；學習怎樣使小組交流更有效，認識到合作是以分工承擔責任為前提；反思所學知識的不足并加以改進。
實踐方式：文獻搜集；調查走訪；觀察記錄；討論交流。
學科整合：與物理、語文等學科整合。
課時建議：4課時
我國是著名的“自行車王國”，擁有世界上數量最多的自行車。作為一種最普及的代步工具,它與我們的生活密不可分。特別是對于我們中學生來說，自行車可是生活中不可缺少的好伙伴。每天清晨，它用歡暢的車鈴聲宣告一天學習生活的開始；到了黃昏，它又承載著收獲，結束生機勃勃的一天。自行車伴隨我們度過了無數美好的時光。那么我們在享受自行車帶給我們的方便和健康時，你仔細想過自行車上都涉及到了哪些物理知識嗎？為了明確這些知識，也為了更好地將知識運用到日常生活中，讓我們開始我們今天的探索之旅吧。
我們首先需要圍繞這個主題，分析一下研究的思路與內容。
在交流的基礎上，請將要研究的內容與思路整理一下：



制定研究方案是我們進行主題研究必不可少的一個重要環節，在這個過程中，我們不僅掌握了活動方案的結構，更明白了，做任何事首先要明確目標、并按步驟來做。
1）嘗試回憶一下，一個完整的研究方案包括哪些方面的內容呢？


2）每位同學分別按照研究方案的內容，結合自行車的物理學問，人人動手制定方案。
3）將我們的方案與小組內成員一起交流分享，評出最具有可行性、選擇最周到的研究方案作為我們小組的研究方案，并加以補充完善。
以下是某位同學為這個主題設計的研究方案，請你比較一下，他哪些方面考慮比較全面，哪些方面還需要再完善。學習和比較的過程，也是提高的過程喲。
《自行車中的物理學問》研究方案
活動一、了解自行車的構造、種類
1．了解自行車的構造
現在同學們幾乎人人都有自行車，但對自行車的構造你了解有多少呢？和小組同學一起，觀察校園里停放的各類自行車，用畫圖或文字的方式記錄它們的結構。
在這個過程中，閱讀自行車說明書和請教修自行車的師傅，都是很好的方法。
我對自行車的了解是：
2．自行車種類知多少
通過走訪自行車車行，上網查閱資料，了解自行車的種類及其特點。
自行車種類及其特點
種類
特點
公路自行車
山地自行車
折疊自行車
雙人、多人自行車
電動自行車
……
……
活動二、自行車涉及了哪些物理知識
認真觀察你的自行車，結合你平日的騎車體驗，與同學交流一下，你發現自行車上都涉及到了哪些方面的物理知識。
我找到了摩擦、杠桿、慣性、壓強這四方面的知識
我還發現：


將同學們的觀察和發現匯總整理，看看大家都發現了哪些物理現象。


自行車中的物理學問觀察記錄表
物理現象
具體體現
摩擦
1．自行車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均有一些花紋，并且使用摩擦大的材料，增大摩擦力；
2．車軸處經常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力；
3．所有車軸處均有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦；
……
杠桿
輪軸
慣性
壓強
聲
光
熱
功和能的轉化
長度的測量
……
活動三、用物理知識分析自行車中的問題
自行車中的某些物理知識是同學們通過生活體驗獲得的，你在騎自行車的過程中，發現了哪些有趣的現象？用物理知識解釋和分析這些現象。
活動四、撰寫研究論文
通過實地觀察、實踐操作、親身體驗,我們對自行車中的物理知識有了更多的了解與認識；通過與小組成員的互動交流,我們也得到了很多啟發與幫助,請將你的研究過程、觀察所得、心得體會歸類整理,撰寫你的研究報告.
活動建議：
1）將我們的研究報告,在組內交流,互相學習,選出最優秀的一篇,以它為準來撰寫小組研究報告.
2)可以上網查詢一下別人的范例,比較一下,這也是很重要的學習過程喲.
3）小組研究報告寫好后,交給我們的指導老師看看,以便再做修改.
4)為最后的成果展示做好必要的準備,盡量做到,在成果交流匯報課上,組內人人有事做.
通過向老師請教和上網學習，你發現你們小組的研究報告還需要修改的地方是


1．匯報與展示
對于“自行車的物理知識”這個研究主題，沒有比把自行車請進課堂進行實物操作講解更好的展示辦法了。記得讓每個小組成員都有機會展示，體現你們小組團隊的力量與協作精神。
自行車零件及功能記錄表
序號
零件名稱
功能
運用到的物理知識
2．反思與評價
每次主題活動之后，我們都要對自己的研究過程進行適當的總結反思與評價，哪些方面做得很成功，成功的經驗是什么；哪些方面做得還不夠，具體表現在哪里，在將來的主題活動中，怎樣改進等，都是需要我們認真思考的。大家可以從如下幾個方面來總結
1）我經歷了這樣的研究過程：
2）在這個主題活動中，我學會了以下幾種研究方法：
3）反思學科知識，哪些方面需要進一步加深理解：
4）你想采取的措施是：
5）我對自己的評價：
6）同伴對我的評價：
7）老師的評價：
3．整理檔案資料
將自己在研究過程中所有的資料，包括研究方案、觀察記錄、研究報告、所學到的方法以及有關的評價記錄，按順序整理、歸類，放進檔案袋里。并為這一主題編制目錄。
研究性學習：自行車的物理知識
研究目標:
1、“物理學就在你身邊”的主題探究活動
2、讓學生對自行車進行觀察，描述其構造。說明應用了哪些物理知識，要求能運用所學知識，比較系統地寫出調查報告。
3、培養學生的觀察能力，表達能力，以及辨別分析能力。
4、提高學生的合作、協調能力。
5．通過成果展示提高學生進行科學研究的積極性，并讓學生體驗到成功的快樂。
教具準備：自行車一輛
教學過程：
一 、組織教學
二 、出示一輛自行車，交代本節課的任務：“物理學就在你身邊”的主題探究——探究自行車的物理知識成果展示。
三、 自行車各部件名稱的認識。（由學生完成，對照自行車上講臺說明。）
四.、研究自行車的物理知識：
每一子課題研究組派出一位同學，，代表本組公布探究結果。結果公布之后，請全體同學評議，并提出質疑，讓其答辯，也可作適當補充，
老師作適當指導、點評。
附參考資料：
一 、增大摩擦和減小摩擦方法的應用:
1、增大摩擦的方法的運用：
許多部件刻有凹凸不平的花紋：如車的外胎，車把手塑料套，蹬板套，閘把套等。
增大壓力以增大摩擦：用力剎車，剎車橡皮緊壓鋼圈，用以增大剎車橡皮對鋼圈的壓力，以產生較大的摩擦力，剎車過程開始與鋼圈間的摩擦是滑動摩擦,最后是靜摩擦.
變滾動為滑動增大摩擦:剎車過程中,車輪從純滾動變為滑滾結合的運動,車輪與地面摩擦力增大
2、減小摩擦的方法的運用:
變滑動為滾動:自行車的各輪軸均采用滾珠軸承,把滑動摩擦變為滾動摩擦,從而減小有害摩擦.
加潤滑油:在自行車滾動軸承處以及其他運動部分,定時加潤滑油減小有害摩擦,防止這些部件磨損過快.
車胎注入一定氣體:其目的一方面能使自行車有一定彈性,減少往徑向顛簸對車圈的沖擊,另一方面,能在自行車負載情況下,減小路面同車胎的摩擦力.
3、壓強知識的運用:
座墊、按鈕扳手、蹬板等處,適當增大受力面積,以減小壓強,使騎車人行駛時操作舒適，給自行車胎打氣應適量,以防壓強過大或熱膨脹引起內胎爆裂.
4、力的知識的運用:
騎自行車時,地面給后輪(驅動輪)靜摩擦力向前,前輪(從動輪)受到地面摩擦力向后.
拐彎時,人和車身一起傾斜一個角度，這時輪胎受帶一個沿半徑指向圓心的靜摩擦力,它作為向心力,因為地面對車的作用力與重力不在一條直線上,所以人和車一起傾斜，快速騎車時,用躬身以減小阻力,要減速時特意挺直身體以增大阻力.
5、慣性知識的運用:
在平路上騎車,使勁蹬幾下以后不再蹬腳踏板,自行車還能行駛一段距離.下坡或高速行駛時,不能單獨用前閘剎車,否則會出現翻車事故.
6、簡單機械知識的運用:
自行車制動系統中的車把、連桿和剎車皮由一系列省力杠桿組成，為了省力或省距離,自行車還使用了輪軸,如鏈輪壓盤與腳蹬、后輪與飛輪、車把與轉向龍頭。 其中自行車的傳動裝置包括:主動齒輪(輪盤),被動齒輪(又稱飛輪),鏈條及變速器等,齒輪比與傳動比關系看自行車的使用效率.
7、功能知識的運用:
功的原理:人們在騎車上陡坡時,常行"S"形路線,可以省力,但卻費距離.
機械能相互轉化:騎車上坡時,人們往往要用力蹬車,這里是動能轉化為勢能;而騎車下坡,不用蹬車,車速也越來越快,這里為勢能轉化為動能.
能量轉換:人們騎車通過"V"形地時,從其中一頂點出發,利用慣性順坡滑行,自行車并不能爬上另一坡同樣高的頂點.這一過程不僅有勢能變動能又變為勢能的過程,還有部分能量轉化為輪胎和路面的熱能或克服空氣阻力的熱能。自行車剎車時,動能轉換成另一形式的能量(剎車裝置的熱能)。打氣筒外壁發熱是由于壓縮氣體所做功轉變成熱并通過筒壁熱傳遞的結果.
8、聲學知識的運用:
車鈴利用了震動發聲的機制
9、光學知識的運用:
尾燈壁有許多互成直角的反射面,夜間汽車燈光射來,能被它沿原方向反射回去,這些反射回去的紅光會引起司機的 注意,以防交通事故.
10、電磁學知識的運用
速度計
人力電動兩用車
不僅自行車本身有許多物理知識，而且在自行車比賽時，還要用到力學知識。
人們騎著自行車向前進時，即使無風的天氣也會感到有風從耳邊飛過,速度越快人感覺到的風力也越大,阻礙前進的效果也越明顯.
五、課外練習：
一）、課外查閱: 1、自行車發展的歷史
2、新式自行車
3、賽車
二）、每個同學整理研究的內容寫一篇科技小論文。
三）、請對自行車或自行車的某一部件進行改進，并提出創新設計方案。
自行車中的物理知識
教學目的：
1、通過本次活動，讓學生在綜合實踐活動中探究自行車的構造和它對應的物理原理。
2、將理論和實踐聯系起來，讓學生體會學習物理的樂趣，增強學習物理的動力。
3、讓學生親身參與，將枯燥的知識傳授變為有趣的綜合實踐。
4、結合自行車的構造和交通案例，進行安全教育。
教學重、難點
重點：
1、 找出自行車中有害摩擦和有益摩擦。
2、 找出自行車中的壓強。
難點：
找出自行車中的壓強。
引入新課
師：眾所周知，中國是世界上自行車擁有量最多的國家，是公認的“自行車王國”。作為一種最普及最方便的代步工具，它與我們的生活息息相關。就我們中學生而言，也與自行車結下了不解之緣。說起騎車，或許我們都會，但要系統、詳盡地解釋其中的物理知識，未必人人都能夠做到。為了明確這些問題，也為了更好地將物理知識運用到日常生活中，我們選擇此課題作為本節綜合實踐課的課題。
當然，自行車中的物理知識很多，我們不可能面面俱到，本節課重點針對我們初二物理所學的知識進行實踐，現在同學們打開書本和開動腦筋，讓我們一起進入探索之旅。
教學過程
一、認識自行車的基本結構
師：觀察自行車，說說其結構。
生：（1）車把、前叉、前輪、前軸和后軸、后輪組成執行部分，起導向和行駛的作用。
（2）腳蹬、中軸、鏈條、飛輪等部件組成傳動部分，推動車子前進。
（3）前后閘部件組成控制部分，騎行者可以隨時操控車閘，使行駛的自行車減速或停止。
這三部分通過車架連接，形成一個整體。
師：請同學現場演示，并做示范動作。
生：部分同學現場演示。
二、認識自行車中的摩擦
（1）增大有益的摩擦
師：自行車中的摩擦很多，有的是有益摩擦，有的是有害摩擦，比如：輪胎表面的粗糙不平、橡膠緊套車把、剎車系統等等都是有益摩擦，同學們找一找并感受一下。
生：同學現場演示，并做示范動作，教師在旁邊引導為輔，并找出更多的有益摩擦。
要求：學生能具體指出它的對應部件，并說明它的物理原理
（2）減小有害的摩擦
師：有害摩擦葉很多比如：車輪設計成圓形、各轉動部件都要加注潤滑油等等，請同學們找出更多的有害摩擦并說明它的物理原理。
生：現場演示，并做示范動作，找出有害摩擦，并說明原理，找出解決方案。
三、認識自行車中的壓強
師：行車中包含了許多物理知識，壓強就在自行車中有很多應用和防止，比如：車座為何設計成寬大的形狀？螺絲和螺栓之間為何要增加墊片？現在就請同學們找出更多的這方面知識。
（這個問題比較難，要鼓勵學生積極回答，根據情況要適時給予表揚）
生：幾位同學一組，互相討論認識自行車中的壓強，并說明原理。
四、結合自行車的構造和交通案例，進行安全教育
師：請同學們找出自行車中有關行駛安全的部件設計
生：前后車架和腳踏板上的反光鏡、車鈴、輪胎上的限載標志等等。
師：結合交通案例、法規讓同學們指出自已平時騎車中的不安全因素以及改正的措施。
生：分組討論。
五、學生親身參與的實踐活動
提供一些必需的工具，讓學生分組比賽裝卸自行車的前后輪等一些簡單的部件，將枯燥的知識傳授變為有趣的綜合實踐。
六、師生總結
老師相信通過這次實踐， 同學們一定會對自行車的構造和原理有了更深的了解，對學習物理有了更大的興趣。同學們，物理學是一門自然科學，只要你們去留心生活中的每個細節，你們會發現，生活中處處都有物理的痕跡，當你們把所學的知識應用到生活中去的時候，你們會感到很快樂，學習也就更有動力了。最后，祝同學們學有所成！
自行車中的物理知識
自行車是我們日常生活中一種普遍的交通工具，常見的有普通載重自行車、輕便自行車、山地自行車、童車、賽車、電動自行車等．它結構簡單，方便實用，下面分別介紹自行車的有關原理和其中涉及到的相關物理知識。
（一）自行車的有關原理
一.車體設計原理
　　Ａ：手把連接前輪的轉向機制是輪軸的運用，一般女裝車手把大多比較寬，就是因為把“輪”的半徑加大，可以更省力，騎起來很優雅．
　　Ｂ：剎車把手是一個簡單的杠桿，使用者用很小的力就可對剎車片產生很大的壓力．
　　Ｃ：前剎片是利用摩擦力使車輪減速，同時在接地點產生向后的摩擦力來使車體減速．以前輪夾式剎車和傳統后輪軸心的盤式剎車來比較，對同樣大小的剎車壓力而言，前者因力臂較長，會比后者有較大的力矩，效果較佳．
　　Ｄ：接地的輪胎也是靠摩擦力使車子前進，剎車也是同樣道理．
　　Ｅ：輪軸中央用滾珠軸承加黃油來減少摩擦，提高傳動效率．
　　Ｆ：踏板是輪軸的運用．
　　Ｇ：前后齒輪是利用鏈條傳動的齒輪系統，因為前大后小，所以費力而省時，可以把車子加速到很快．
　　Ｈ：后齒輪傳動給后輪是一種作用力施在軸上的輪軸系統．
　　Ｉ：有些座墊下方是以彈簧為避震器，是彈簧在日常生活中除了做為彈簧秤外，另一大用途．
　　Ｊ：新型自行車有些裝上油壓避震器，是帕斯卡原理的運用．
二．為何自行車剛騎動時手把會不自覺轉動？
　　自行車基本上是兩點著地，騎動時可以不倒下是因為兩輪滾動時產生水平方向的角動量；當車子幾乎靜止時角動量消失了，質心要通過底座(人和車體在地面的投影)的機會非常少，不可避免就要倒下，此時若轉動手把就會產生垂直方向的角動量，使車子保持平衡，這點和飛盤轉動時可以保持平穩飛行有異曲同工之妙，但因為轉動不是很完整，方向又一再改變，所以一般不能撐很久．
三．變速原理
　　設前齒輪半徑a、后齒輪半徑b，a/b的比值愈大，可以愈省力，但省力一定較費時，所以車騎得不快，一般在起動時會把a/b調小一點，比較容易克服最大靜摩擦力，之后再把比值變大．一輛十段變速的自行車有兩個不同半徑的前輪，后面有五個，以共有十種組合．
四．剎車原理
　　從運動學的角度來看，急剎車車子可能向前翻倒．先考慮前輪剎死的情形：此時以前輪著地點為支點，因車子有向前的慣性(人車的質心明顯在支點右上方)，很容易有向前翻的情形發生；那后輪剎車的情形又如何呢?如果后輪剎死了車子的慣性一樣向前，但此時前輪對地面的壓力會增大，相對減少后輪的下壓力，所以翻車的機會較少，當然若是向前的慣性實在太大，車子一樣會以前輪為支點旋轉而使后輪會上蹺．
　　綜合以上可知：自行車最好不要單獨剎前輪，若只有一個剎車系統應裝在后輪，當然兩輪一起剎車最理想．不論用那一輪剎車，前輪的下壓力一定會增大，后輪的一定減少，所以前輪的剎車摩擦力比后輪的大．所以在機車或汽車上，效果較佳(當然也較貴)的碟式剎車裝在前輪，后輪再裝鼓式剎車，此即常在汽車廣告中聽到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎車一定同時作用，以免翻車．
（二）自行車中的物理知識
圖1和圖2是兩種常見的自行車，在其中涉及到很多物理知識，包括杠桿、輪軸、摩擦、壓強、能量的轉化等力學、熱學及光學知識，下面具體來分析一下．
一.力學知識
1．摩擦方面
(1)自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋，增大接觸面粗糙程度．增大摩擦力．
(2)車軸處經常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力．
(3)所有車軸處均有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦，轉動方便．
(4)剎車時，需要纂緊剎車把，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增大摩擦力，
(5)緊蹬自行車前進時，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進的動力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進的阻力；自行車靠慣性前進時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進的阻力．
2．壓強方面
(1)一般情況下，充足氣的自行車輪胎著地面積大約為S=2×10Cm×5cm=100×cm2，當一普通的成年人騎自行車前進時，自行車對地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計算出自行車對地面的壓強為6.5×104Pa．
(2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，減小壓強．
(3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強，
(4)自行車的內胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時，氣體的質量越大，壓強越大．
(5)自行車的車座做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對身體的壓強．
3．輪軸方面
(1)自行車的車把相當于一個輪軸，車把相當于輪，前軸為軸，是一個省力杠桿，如圖3所示．
(2)自行車的腳踏板與中軸也相當于一個輪軸，實質為一個省力杠桿．
(3)自行車的飛輪也相當于一個省力的輪軸．
4．杠桿方面：自行車的剎車把相當于一個省力杠桿．
5．慣性方面
(1)當人騎自行車前進時，停止蹬自行車后，自行車仍然向前走，是由于它有慣性．
(2)當人騎自行車前進時，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去．
6．能量轉化方面
(1)當人騎自行車下坡時，速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉化為人和自行車的動能．
(2)當人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來增大人和自行車的動能，這樣上坡時動能轉化為重力勢能，能上得更高一些．
(3)如圖4所示，自行車的車梯上掛有一個彈簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉化為動能，車梯自動彈起．
7．聲學方面
(1)自行車的金屬車鈐發聲是由于鈴蓋在不停的振動，而汽笛發聲是由于汽笛內的氣體不斷的振動而引起的．
8．齒輪傳動方面
(1)線速度和角速度的關系，如圖5所示，設齒輪邊緣的線速度為v ，齒輪的半徑為R，齒輪轉動的角速度為ω，則有v = ωR．
二、熱學知識
在夏天自行車輪胎內的氣體不能充得太足，是為了防止自行車爆胎，因為對于質量、體積一定的氣體，當溫度越高，壓強越大，當壓強達到一定程度時，若超過了輪胎的承受能力，就會發生爆胎的情況．
三、光學知識
在日常生活中，自行車的后面都裝有一個反光鏡，它的設計很巧妙，組成如圖6所示，它是由三個相互垂直的平面鏡組成一個立體直角，用其內表面作為反射面，這叫角反射器．當有光線從任意角度射向尾燈時，它都能把光“反向射回”，當光線射向反光鏡時，會使后面的人很容易看到．在夜間，當汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上，無論入射方向如何，反射光都能反射到汽車上，其光強遠大于一般的漫反射光，就如發光的紅燈，足以讓汽車的司機觀察到．
四、電學方面
在有些自行車上裝有小型的發電裝置，它利用摩擦轉動，就像我們在實驗室中看到的手搖發電機一樣，發出的電能供給車燈工作，起到一定的照明作用．
自行車中的物理學知識
內容摘要
自行車是生活中常用的交通工具,在自行車上有很多的物理知識,通過研究總結這些物理知識對我們學習物理知識,掌握物理規律有很大的作用。可以培養小組成員團隊合作精神,發現物理問題解決物理問題的能力。
通過對自行車的發展史、自行車靜止時的物理知識、自行車運動時的物理知識的研究,全面了解自行車中所蘊含的物理知識,并且對這些物理知識逐個加以說明,深入挖掘一些自行車中潛在的但又被大家所忽略的物理規律和物理原理。通過本次課題研究,可以總結出自行車中的物理知識,為今后的中學物理實驗探究提供理論依據。
關鍵詞： 自行車 歷史 靜止 運動
目 錄
1.自行車的發展史 …………………………………………………1
1.1 玩具馬的誕生 ……………………………………… 1
1.2 鐵使自行車變輕了 ………………………………… 1
1.3 現代自行車的雛型 ………………………………1
1.4 充氣輪胎自行車 …………………………………… 2
1.5 山地自行車 ………………………………………… 2
1.6 公路自行車 ………………………………………… 2
2.靜止時自行車中的物理知識 ……………………………………3
2.1物理應用---聲的奧秘 ………………………………3
2.2物理應用---力的奧秘 …………………………………3
2.3 物理應用---機械原理 ………………………………3
2.4 物理應用---氣壓、壓強的奧秘 ……………………5
2.5 物理應用---熱的奧秘 ………………………………5
2.6 物理應用---光的奧秘 ………………………………6
2.7 物理應用---其它的奧秘 ……………………………6
3.運動中的自行車的物理知識 ……………………………………7
3.2 測量中的運用 …………………………………………7
3.1 自行車的運動 …………………………………………7
3.3 慣性 ………………………………………………… 7
3.4 減震 ……………………………………………………7
3.5 摩擦 ……………………………………………………7
3.6 機械原理 ………………………………………………8
3.7 自行車行駛中的超失重 ………………………………9
3.8 自行車運動中的阻力 ……………………………… 9
參考文獻 ……………………………………………………9
4.自行車知識問答………………………………………………………10
4.1 自行車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些凹凸不平的花紋,這樣做的目的是什么？　………………………………………10
4.2自行車所有車軸處均有滾珠,并且車軸處經常上一些潤滑油,為什么？………………………………………………………………………10
4.3當人騎自行車前進時,停止蹬自行車后,自行車仍然前進,若不繼續施力,它最終要停下來,為什么？…………………………………………10
4.4 騎自行車上坡時為什么要走S形路線？…………………10
4.5 自行車的車座為什么要設計成較寬大的“馬鞍形”？ ………10
4.6當人騎自行車快速前進時,若緊急剎車,一般情況下為什么不要先捏緊前剎車？………………………………………………………………7
4.7在炎熱的夏天,自行車輪胎內的氣體為什么不能充得太足？………11
4.8用打氣筒給自行車車胎打氣時,不一會兒氣筒壁就會熱起來,為什么？…………………………………………………………………………11
4.9騎自行車剎車時,為什么手用的力越大,自行車停得越快？………11
4.10緊蹬自行車前進時,前后輪受到的摩擦力方向一樣嗎？自行車由于慣性前進時,前后輪受到的摩擦力方向一樣嗎？為什么？……………………11
4.11人騎自行車上坡前,為什么要緊蹬幾下？………………………11
4.12當人自行車下坡時,即使不踩腳踏板,車的速度也會越來越快,為什么？……………………………………………………………………………11
4.13自行車坐墊下的有許多彈簧,它們有什么作用？………………11
4.14自行車的車鈴聲是怎樣產生的？為什么有的自行車在行駛時會產生雜音？………………………………………………………………………11
4.15自行車的后面的“尾燈”有什么作用？……………………………12
4.16自行車剎車手閘是省力杠桿嗎？為什么？…………………………12
4.17自行車的那些部件組合相當于“輪軸”？ ………………………12
4.18人騎上自行車時會發現車胎變癟,同時車胎會在路面上留下印痕,這表現了力的哪一個作用效果？……………………………………………………12
4.19為什么自行車在運動中容易保持平衡,而在停下時卻無法保持平衡？………………………………………………………………………………12
4.20自行車的輪胎為什么用橡膠制成？內胎為什么還要充氣？氣門芯有什么作用？…………………………………………………………………………12
5.自行車相關力學題匯總………………………………………………………13
正文
1、自行車材料的發展歷史
從自行車被發明以及使用至今已有兩百多年的歷史,這兩百年間人類在不斷的嘗試與研發過程中,將玩具式的木馬車轉換到現在各式新穎休閑運動自行車,自行車發展的目的也從最早的娛樂用途變為交通代步及休閑運動等多種用途,在此過程中,隨著工業技術的發展而演變的工業材料在自行車發展的長河中起到了舉足輕重的作用,讓我們一起回味自行車材料的發展歷史。
1.1 玩具馬的誕生
1791年第一架代步的“木馬輪”小車誕生了。這輛最早的自行車是木制的,有前后兩個木質的車輪,中間連著橫梁,上面安了一條板凳,以現今來看就像是木造的玩具木馬,所以這輛“自行車”被命名為玩具馬。因為它的結構比較簡單,既沒有驅動裝置,也沒有轉向裝置,騎車人靠雙腳用力蹬地前行,改變方向時也只能下車搬動車子因為這時的自行車的騎行性能差,所以沒有被多數人接受并使用,只作為一種娛樂的器械被少數人使用。
1.2 鐵使自行車變輕了
第一次工業革命過后,新材料的發現和發明對發展生產力的作用是不可低估的,冶金工業的技術進步,特別是鋼鐵工業的發展為交通工具和日常生活提供了堅固耐用的基礎材料,鐵質材料也被應用于自行車研發中。在1818年英國的鐵匠及機械師丹尼士強生率先以鐵造取代了木頭材質,以鐵造取代了車輪的骨架,使得自行車比原先的木馬輕便了許多,這臺鐵制的車由技術好、有經驗的人騎乘時速可以達到十三公里,從此自行車走進了人們的生活。
1.3 現代自行車的雛形
1886年英國的機械工程師斯塔利,從機械學、運動學的角度設計出了新的自行車樣式,裝上前叉和車閘,使用滾子軸承,前后輪大小同,以保持平衡,并用鋼管制成了菱形車架,還首次使用了橡膠車輪。顯著地提高了自行車的騎行性能。斯塔利不僅改進了自行車的結構,還改制了許多生產自行車部件用的機床,為自行車的大量生產和推廣應用開辟了寬闊的道路,因此他被后人稱為“自行車之父”。他所設計的自行車車型與今天自行車的樣子已經基本一致了。
1.4 充氣輪胎自行車
1888年,愛爾蘭的獸醫鄧洛普,從醫治牛胃氣膨脹中得到啟示,將自家花園用來澆水的橡膠管粘成圓形并打足氣裝在自行車上,這是充氣輪胎的開端。由于他看到自己兒子自行車的實心橡膠輪在石頭路上顛簸很厲害,于是用一根通過活門充氣的管子,外面涂上橡膠作保護層,做了一個氣胎。充氣輪胎是自行車發展史上的一個劃時代的創舉不但從根本上改變了自行車的騎行性能,而且完善了自行車的使用功能。這項設計不但促進了自行車的發展,甚至從一定意義上影響了世界的歷史。從此,橡膠輪胎作為一個產業出現在了世界上,深刻的影響到了摩托車、汽車的發展。
1.5 山地自行車
山地自行車起源于1977年美國舊金山。 設計為騎乘于山區的車種,通常具有變速器可變換省力或快速的檔位,有些會在車架安裝避震器,部分的輪胎胎皮是巧克力胎紋以便于在無鋪面的路面騎乘。在材料方面,考慮到自行車重量與速度間的相互關系,大部分優質自行車架都是用鉻鋁合金鋼管制成的,近期意大利自行車制造商已選定用碳纖維和加固的工藝聚合物來制造自行車的車架,使自行車重量盡不超過1.3公斤。
1.6 公路自行車
用來在平滑公路路面上使用的車種,由于平滑路面阻力較小,公路自行車的設計更大考量高速,往往使用可減低風阻的下彎把手,較窄的高氣壓低阻力外胎,擋位較高,且輪徑比一般的登山越野車都大,現在的公路自行車廣泛采用了新型材料,比如鈦合金,碳纖維,高級鋁合金材料,所以公路自行車的重量很輕,可以達到5kg以下,使其在公路上騎行時效率更高。由于車架無需加強又往往采用簡單高效的菱形設計,公路車是最為優美的自行車。
2、靜止時的自行車物理
2.1 物理應用---聲的奧秘
自行車車鈴的把手經過手的撥動,帶動了齒輪,齒輪使帶有彈簧錘的軸旋轉起來,彈簧錘敲打鈴蓋,鈴蓋在不停的振動,車鈴就叮鈴響。用手按住鈴蓋,振動停止,鈴聲消失。
2.2 物理應用---力的奧秘
2.2.1 自行車上各處花紋的作用
一般自行車輪胎上有許多花紋樣式,如寶石花紋、蝴蝶花紋、鹿角花紋、竹節花紋,它們有什么用途呢？通過實驗我們可以解釋：我這兒有兩個瓶子,一個是瓶蓋帶花紋的,一個是不帶花紋的。不帶花紋的瓶子我使勁兒也打不開,帶花紋的瓶子能擰開。這是因為用手去擰帶花紋的瓶子,產生一定摩擦力,而去擰不帶花紋的瓶子,摩擦力減少,所以打不開。輪胎也是這個道理,如果沒有花紋的話,在路面上行駛可能就會打滑。車把上如果少了花紋的話,人的手掌抓車把也會不聽使喚的。所以輪胎上和車把上的花紋都是為了增大摩擦力。而車胎越寬車越不愛打滑是因為胎的面積大了與地面的接觸大了他們之間的摩擦力大了所以輪胎寬了車越不愛打滑.其它部位如車把手塑料套,蹬板套、閘把套等,都是變滾動摩擦為滑動摩擦以增大摩擦。如在剎車時,車輪不再滾動,而在地面上滑動,摩擦大大增加了,故車可迅速停駛。而在剎車的同時,手用力握緊車閘把,增大剎車皮對鋼圈的壓力以達到制止車輪滾動的目的。
2.2.2 自行車中鋼珠的作用
在自行車上轉動的地方,中軸、后軸、車把轉動處,腳蹬轉動處、飛輪等地方,都安有鋼珠.轉動地方安裝鋼珠是為了減小摩擦力,保護零件,節省動力,因為滾動摩擦比滑動摩擦小得多,用滾動來代替滑動可以大大減小摩擦,并經常加潤滑油,使接觸面彼此離開,摩擦變得更小,自行車是人們代步的工具,應當騎起來越輕松、越靈活才越好、越省力。
2.2.3 潤滑油---自行車使用中的必需品
車軸處經常上一些潤滑油,以減小接觸面粗糙程度,來減小摩擦力。若車鈴不響,是因為軸與齒輪之間的咬合部分太澀了,加幾滴油潤滑,減小摩擦。同樣,車軸處經常上一些潤滑油,通過減小接觸面粗糙程度,來減小摩擦力。
2.2.4 制動之本---自行車車閘
制動裝置(車閘)在一切運輸機械中有著十分重要的作用.自行車是采用如下辦法來制動的：
自行車的車閘是利用摩擦力使自行車減速和停止前進.當我們使用車閘時,剎皮與車輪間的摩擦力,使車輪停止運動或速度減小,車輪與地面間的摩擦力由滾動摩擦變成滑動摩擦,強大的滑動摩擦力使自行車迅速減速(或迅速停止動)。根據剎皮與車輪的摩擦位置不同,車閘分為輪緣閘和輪轂閘、腳閘。
①輪緣閘：其制動點在車緣上,包括：
普通閘：制動點在車圈的內側面(剎皮摩擦車圈內側面),使用最廣泛.?
鉗形閘：制動點在剎皮摩擦車圈直邊上和直邊車圈配合使用.?
觸閘：制動點在外胎胎冠上,剎皮摩擦外胎
②車轂閘：其制動點在車軸上的閘盒上.包括：?
抱閘：制動點在抱閘盒外側,即剎皮摩擦閘盒
漲閘：制動點在閘盒內側,即剎皮摩擦閘盒
③腳閘：制動點在飛輪上,即利用零件卡住飛輪自行車的前輪為從動輪,摩擦力的方向向后,與運動的方向相反。后輪為主動輪,摩擦力的方向向前,與車運動的方向相同。緊急剎車時,輪子與地面的摩擦屬于滑動摩擦。
2.3 物理應用---機械原理
2.3.1 自行車上的杠桿　　
·控制前輪轉向的杠桿：自行車的車把,是省力杠桿,用很小的力就能轉動自行車前輪,來控制自行車的運動方向和自行車的平衡
·控制剎車閘的杠桿：車把上的閘把是省力杠桿,用很小的力就能使車閘以比較大的壓力壓到車輪的鋼圈上
·支持人重和貨重的杠桿、三角杠、貨架、前叉、后三角杠,都是廣義的杠桿,用以形成車身和承重
2.3.2 自行車上的輪軸
·自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸,手握把外的半徑大于前叉軸的半徑。
·后軸上的齒輪和后輪：組成費力輪軸、齒輪半徑小于后輪半徑。???
·自行車行駛速度與車輪直徑的關系：有實際經驗的同學知道,騎28車比24車費力一些,但速度快,因為28車輪的半徑大,輪子每轉一圈走的距離長一些,故速度快,半徑大使輪軸的軸半徑大,故費力輪軸更費力. 1.車架一般采用普通碳素銅管經過焊接、組合而成。為了減輕管重量,提高強度,較高檔的自行車采用低合金鋼管制造。為了減少快速行駛的阻力,有的自行車還采用流線型的鋼管。
2.3.3 車架與輻條
由于自行車是依靠人體自身的驅動力和騎車技能而行駛的,車架便成為承受自行車在行駛中所產生的沖擊載荷以及能否舒適、安全地運載人體的重要結構體,車架部件制造精度的優劣,將直接影響乘騎的安全、平穩、和輕快。一般輻條是等徑的,為了減輕重力,也有制成兩端大、中間小的變徑輻條,還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型。
2.4 物理應用---氣壓、壓強的奧秘
2.4.1 早期的各種輪子都是木輪、鐵輪,顛簸不已。現代自行車使用充氣內胎主要是利用質量一定的氣體體積減小,壓強增大的原理,當路面不平給車胎帶來沖擊的時候,充氣內胎的壓縮和恢復有很好的緩沖作用,減小了顛簸,既保護了自行車,也減小前進阻力,也使人感到舒適。
2.4.2 充氣內胎上的氣門芯,起著單向閥門的作用,只讓氣體進入,不讓氣體外漏,方便進氣,保證充氣內胎的密封。平時騎車時,若車胎沒氣了,應首先檢查氣門芯是否完好,再檢查內胎是否破了。
2.4.3 自行車的坐墊呈馬鞍型,它能夠增大坐墊與人體的接觸面積,以減小臀部的壓強。腳蹬板扁而平,也是為了增大與腳的接觸面積,以減小腳部的壓強。
2.4.4 給車胎打氣時,越打越費力,車胎越硬,是因為越打里面的氣體越多,里面的壓強越大。
2.4.5 在車軸擰螺母處要加一個墊圈,來增大受力面積,從而減小壓強．
2.4.6 自行車車胎上刻有載重量。如車載過重,則車胎受到壓強太大而被壓破。
2.5 物理應用---熱的奧秘 　　
2.5.1 在夏天自行車輪胎內的氣體不能充得太足,是為了防止自行車爆胎,因為對于質量、體積一定的氣體,當溫度越高,壓強越大,當壓強達到一定程度時,若超過了輪胎的承受能力,就會發生爆胎的情況。
2.5.2 用打氣筒給自行車車胎打氣時,不一會兒氣筒壁就會熱起來,是因為打氣筒的活塞壓縮氣體做功,氣體內能增加,氣體內能傳給筒壁,使筒壁溫度升高。同時打氣過程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功過程,也使筒壁內能增加,溫度升高。
2.6 物理應用---光的奧秘
自行車的尾燈,不是可有可無的裝飾物,而是在夜晚給行人,車輛作提示用的。我們都知道他只是一塊玻璃而已,其中并沒有像小燈泡似的發光物體,仔細觀察尾燈,發現它里面是凹凸不平的玻璃體.這樣的設計是為了夜晚行車似的需要,當夜幕來臨時,司機們開著車在馬路上行駛,他們看不清前方是否有人,這時,汽車前面的大燈會發出耀眼的光,因為光線很強,所以會照到自行車上,照到自行車上的光線經過凹凸不平的自行車尾燈會發生漫反射因而反射到司機駕駛艙中,司機這時會發現前面有行人從而放慢速度,一個小尾燈它的設計巧妙的應用了物理學原理─光的漫反射。
自行車的尾燈的反射面由很多紅色的立方體直角組,用其內表面作為反射面,當有光線從任意角度射向尾燈時,可以把照在尾燈上的光向各個方向反射,使車后各個方向上的人均能看到紅色的光,以防止交通事故的發生。它是由三個相互垂直的平面鏡組成一個立體直角。當光線射向反光鏡時,會使后面的人很容易看到。在夜間,當汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上,無論入射方向如何,反射光都能反射到汽車上,其光強遠大于一般的漫反射光,就如發光的紅燈,足以讓汽車的司機觀察到。
2.7 物理應用---其它的奧秘
2.7.1 自行車的車梯
自行車的車梯上掛有一個彈簧,在它彈起時,彈簧的彈性勢能轉化為動能,車梯自動彈起。
2.7.2 自行車上的發電裝置
在有些自行車上裝有小型的發電裝置,它利用摩擦轉動,就像我們在實驗室中看到的手搖發電機一樣,發出的電能供給車燈工作,起到一定的照明作用。
2.7.3 旋緊自行車各種緊固螺絲,是為了增大壓力來增大摩擦。
通過探究靜止時自行車的各種物理問題,我們對物理知識有了更深入與嚴謹的認識,并更深刻地體會將物理運用與生活的真諦,同時也獲得了價值觀的提升。
3、運動中自行車所蘊含的物理知識
3.1 自行車的運動
當自行車在公路上運動時,若以地面或者以路邊的樹為參照物,則自行車向前運動：若以騎車人為參照物則自行車靜止；若以旁邊經過的車輛為參照物,則自行車向后運動；所以選擇的參照物不同自行車的運動狀態也不同,運動與靜止是相對的而不是絕對的。
3.2 測量中的運用
在測量跑到的長度時,可運用自行車。如普通車輪的直徑是0.71米或0.66米。那么轉過一圈長度為直徑乘圓周率,即約2.33米或2.07米,然后,讓車沿這跑道滾動,記下滾動的圈數n則跑道長為2.33n米或2.07n米。
3.3 慣性
自行車在運動過程中尤其是下坡的時候不能用前輪的車閘剎車,在速度較快或者下坡過程中剎前面的剎車自行車會在慣性的作用下向前翻滾,速度越大危險性越大。這是因為前輪突然停止運動,而自行車的其他部分和騎自行的人具有慣性,依然保持高速運動狀態,這是自行車會以前輪為支點產生扭轉,造成向前翻滾。故在剎車時盡量使用后剎,避免危險。
當自行車在平直公路上行駛時,騎車人可以不給自行車動力自行車也會向前行進一大段距離。這是因為自行車和人在運動過程中具有慣性,保持向前的運動狀態,自行車就會向前運動。
減震
現在的自行車都裝有減震系統,這是為了減少自行車運動過程中的顛簸感。自行車的減震器的主要部件是由兩個套在一起的彈簧組成。當自行車在過沙石路面時,自行車輪會帶動自行車體震動產生顛簸感,安上彈簧后,就會明顯感到顛簸感減小。由動量定理ft=I＇- I 知道,當動量一定時,時間越長,受力越小,彈簧就是延長了力作用在自行車上的時間,從而使力減小。自行車的座包下安裝彈簧也是由于這個原因。
摩擦
3.5.1 啟動、行駛過程中的摩擦力
　　 當自行車啟動或行駛時,在鏈條驅動下,后輪逆時針轉動,輪胎與地面接觸處相對于地面有向后運動的趨勢,故地面對后輪施加向前的摩擦力,該摩擦力是自行車向前運動的動力。在此力的作用下,自行車整體具有向前運動的趨勢,自行車的前輪胎于地面接觸處具有向前運動的趨勢,則地面對前輪產生向后的摩擦力,在該摩擦力的作用下,前輪便沿著后輪相同的方向轉動起來,自行車向前運動,因此,人們也將后輪稱為主動輪,前輪稱為從動輪。當下雨或下雪天,地面摩擦力變小,自行車很容易摔倒,即平常說的打滑,其道理就在于此。自行車上輪胎上凹凸不平的花紋,就是為了增大摩擦力。
3.5.2 剎車過程中的摩擦力
　　摩擦力不僅關系到自行車的啟動,對自行車的制動也非常關鍵。如果剎車性能不好,騎車人的安全就得不到保障。人捏剎車柄,使剎車線帶動剎車塊與輪胎靠緊,產生摩擦力,使自行車減速,最終停下來。摩擦力的大小取決于壓力的大小和接觸面的粗糙程度。以恒定的速度駕駛同一自行車、剎車力越大,摩擦力越大,自行車制動的越快；說明壓力越大,產生的摩擦力越大。新、舊兩輛自行車,在相同的速度下,用近似相同的力捏剎車柄,新車制動快,原因是舊車的剎車塊和車胎磨得比較光滑,產生的摩擦力很小。
3.6 機械原理
3.6.1 自行車的動力傳輸
當騎車人用力踩腳踏板時,車鏈條將動力傳輸到自行車的后輪,在腳踏板所在的軸與輪盤之間形成一個省力杠桿,如圖所示,設腳踏板的長度為l,輪盤的半徑為L,飛輪的半徑為r,由杠桿原理知：F*l=f*L,因為l>L,所以當人用大小為F的力踩腳踏板時,輪盤得到的力f >F,在這個過程中形成一個省力杠桿。當自行車運動時,輪盤轉過一周時飛輪轉過的圈數為n,n=L/r,飛輪又與后面輪胎同軸所以它們的角速度相等,設后輪的半徑為R,則當輪盤轉動一周時相應的后輪走過的距離為S=2πRL/r,從公式可以看出,當輪盤轉動一周后相應的后輪走過的距離S>>l輪盤的周長2πL,所以人們才會用自行車代步。
3.6.2 自行車的上坡運動學
自行車在坡底以相同的初速度上坡,第一種為沿直線上坡,另外一種是沿S形曲線上坡,明顯感覺到S形曲線上坡要比沿直線上坡省力。根據功能關系W=F*S知,從坡底到坡頂所做的功一定都為W,在做功一定的情況下,距離越長受力越小,當沿直線上坡時距離最短為L,當沿S形路線上坡時距離為L*,由走過的路程知道L3.6.3 自行車運動中的速度調節
隨著科技的發展自行車的動力傳輸裝置也有了很大的改善,在自行車的后輪的飛輪上多了很多小的齒輪,通過改變后邊飛輪的半徑大小,從而改變自行的行進速度,所用的力的大小。在平直公路上如果想要獲得較大的速度,需要把飛輪調節到較小的,但是這時就會使騎車人感到很費力；在上坡時需要較大的爬坡力,這時需要調節飛輪到較大的那個這樣可以在爬坡時省力；根據機械原理知道,如果省力就不能省距離,如果省距離就不能省力,所以變速自行車就是根據這個原理制造的。
3.7 自行車行駛中的超失重
自行車在快速通過拱形橋時,會在橋頂處感覺到人對車座的壓力減小,這是失重現象,當自行車快速通過洼地時,會感覺到人對自行車的車座壓力增大,這是超重現象。
3.8 自行車運動中的阻力
當自行車在公路上行駛時,想要獲得更高的速度,就需要騎車的人身體前傾,減小身體的迎風面積,當下雨天打傘騎車時感覺費勁,這是因為空氣阻力大小與物體的正面面積有關。
參考文獻
[1] 百度網站:21世紀教育網baidu.com
[2] 騎行網論壇:ttp://21世紀教育網hzbike.net
[3] 山東教育出版社 初中物理八年級上下冊、九年級上下冊
附錄
自行車雖然是最簡單的交通工具,然而其中蘊涵著豐富的物理知識。通過對自行車的發展史（主要是材料的演變）、自行車靜止時的物理知識（自行車的構造）、自行車運動時的物理（自行車的運動、慣性、減震等方面）知識的研究,對探究報告的參與、實施及對探究實驗結果的分析論證,本課題小組得到了有關自行車物理的科學的、合理的、貼近生活化的解釋,得出的相關研究結論可供各中小學物理課程作為教學參考。總體上來說,本小組成功地完成了這次課題計劃,在這次十分有意義的研究性學習活動中,我們小組的所有成員都親自參與,仔細觀察,勤奮思考,敢于提問,并認真總結,同時也培養了小組成員互相合作的精神,豐富了我們的知識,讓我們深刻感受到了通過自己的研究得到研究成果的樂趣。在以后的物理知識應用過程中,我們將繼續保持嚴謹求實、勇于探索的科學態度,努力提高物理教學水平,爭取更大進步！
自行車知識問答
中國是自行車王國,自行車是中國老百姓最常用的交通工具。從自行車的結構和使用來看,它涉及了許多物理知識,現將自行車的有關物理知識以問答的形式展示出來,僅供參考。
1．自行車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些凹凸不平的花紋,這樣做的目的是什么？　
答：設計花紋可增大接觸面的粗糙程度從而增大摩擦。
2．自行車所有車軸處均有滾珠,并且車軸處經常上一些潤滑油,為什么？
答：所有車軸處均有滾珠,可變滑動摩擦為滾動摩擦,來減小摩擦；加潤滑油,可使接觸面彼此分離,大大地減小摩擦,從而保證自行車處于良好的運轉狀態。
3．當人騎自行車前進時,停止蹬自行車后,自行車仍然前進,若不繼續施力,它最終要停下來,為什么？
答：當不蹬腳踏板時,自行車還會繼續向前運動是由于自行車具有慣性。若不繼續施力,它最終要停下來,是因為自行車受到了摩擦阻力,改變了運動狀態,速度逐漸減小。
4。騎自行車上坡時為什么要走S形路線？
答：走S形路線,相當于增加了斜面的長,可以省力,使上坡更容易。
5．自行車的車座為什么要設計成較寬大的“馬鞍形”？
答：設計成較寬大的“馬鞍形”,可以增大人與車座的接觸面積,減小對人臀部的壓強,讓人騎行時感到舒服些。
6．當人騎自行車快速前進時,若緊急剎車,一般情況下為什么不要先捏緊前剎車？
答：快速行駛的自行車,如果突然把前輪剎住,后輪就會跳起來。這是因為前輪受到阻力而突然停止運動,但車上的人和后輪沒有受到阻力,由于慣性,人和后輪要保持繼續向前的運動狀態,所以后輪會跳起來。不能單獨用自行車的前閘剎車,否則會出現翻車事故！
7．在炎熱的夏天,自行車輪胎內的氣體為什么不能充得太足？
答：這是為了防止自行車爆胎,因為對于質量、體積一定的氣體,當溫度越高時,壓強越大,當壓強達到一定程度時,若超過了輪胎的承受能力,就會發生爆胎的情況。
8．用打氣筒給自行車車胎打氣時,不一會兒氣筒壁就會熱起來,為什么？
答：筒壁會熱起來,是因為打氣筒的活塞壓縮空氣做功,空氣的內能增加,氣體內能傳給筒壁,使筒壁溫度升高。同時打氣過程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功的過程,也能使筒壁的內能增加,溫度升高。
9．騎自行車剎車時,為什么手用的力越大,自行車停得越快？
答：用力越大,自行車的閘皮對車胎鋼圈的壓力就越大,在接觸面一定時,閘皮和鋼圈的摩擦力就越大,所以停得越快。
10．緊蹬自行車前進時,前后輪受到的摩擦力方向一樣嗎？自行車由于慣性前進時,前后輪受到的摩擦力方向一樣嗎？為什么？
答：緊蹬前進時,方向不一樣；由于慣性前進時,方向一樣。因為緊蹬自行車前進時,后輪受到的摩擦力方向向前,是自行車前進的動力,前輪受到的摩擦力方向向后,是自行車前進的阻力；自行車靠慣性前進時,前后輪受到的摩擦力方向均向后,這兩個力均是自行車前進的阻力。
11．人騎自行車上坡前,為什么要緊蹬幾下？
答：這樣做的目的是增大自行車的速度,來增大人和自行車的動能,這樣上坡時這些較大的動能轉化為較大的重力勢能,能上得更高一些。
12．當人自行車下坡時,即使不踩腳踏板,車的速度也會越來越快,為什么？
答：自行車下坡時,速度越來越快,是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉化為人和自行車的動能,而人和車的質量不變,所以速度變大。
13．自行車坐墊下的有許多彈簧,它們有什么作用？
答：當自行車在不平的路面騎行或遇到障礙時,車座下被壓縮的彈簧發生形變產生彈力,彈簧的彈性勢能轉化為動能,從而起到緩沖減震作用。
14．自行車的車鈴聲是怎樣產生的？為什么有的自行車在行駛時會產生雜音？
答：自行車車鈴的把手經過手的撥動,帶動齒輪轉動,齒輪使帶有彈簧錘的軸旋轉起來,彈簧錘敲打鈴蓋,金屬鈴蓋發生震動,發出聲音因為振動的物體能發聲,若用手按住鈴蓋,鈴聲振動就會停止。自行車有些部位零件松動時,騎行時引起振動也能發聲。
15．自行車的后面的“尾燈”有什么作用？
答：自行車的后面“尾燈”其實并不是燈而是一個反光鏡,它是由許多角反射器組成的。當有光線從任意角度射向它的表面時,它都能把光“反向射回”。在夜間,當汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上,無論入射方向如何,反射光都能反射到汽車上,其光強遠大于一般的漫反射光,就如發光的紅燈,能引起汽車司機的注意,防止交通事故的發生。
16．自行車剎車手閘是省力杠桿嗎？為什么？
答：剎車手閘是省力杠桿,因為人們用很小的力就能使車閘以比較大的壓力壓到車輪的鋼圈上,使自行車停下來。
17．自行車的那些部件組合相當于“輪軸”？
答：（1）中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸,因為腳蹬半徑大于花盤齒輪的半徑；（2）自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸,因為手握把外的半徑大于前叉軸的半徑；（3）自行車后軸上的齒輪和后輪：組成費力輪軸,因為齒輪的半徑小于后輪的半徑。
18,人騎上自行車時會發現車胎變癟,同時車胎會在路面上留下印痕,這表現了力的哪一個作用效果？
答：力能使物體發生形變。
19．為什么自行車在運動中容易保持平衡,而在停下時卻無法保持平衡？
答：原因之一是車輪的陀螺效應。當車輪圍繞著軸快速轉動時,會阻礙軸心的移動。因此,運動中的車輪會對自行車的傾倒形成阻力。當在桌子上轉動硬幣時,可以觀察到同樣的效果,運動中的硬幣可以保持平衡,當速度減小時,硬幣會倒下。
20．自行車的輪胎為什么用橡膠制成？內胎為什么還要充氣？氣門芯有什么作用？
答：早期的各種車輛的輪子都是木制的或鐵制的,運動時顛簸不已。現代自行車使用橡膠并且內胎充足氣,主要是通過減輕壓力（相同體積的橡膠和木材、鋼鐵相比質量小,對地面的壓力小）來減小對地面的壓強,減小自行車前進的阻力,同時通過橡膠彈力的作用可起緩沖減震的作用。充氣內胎上的氣門芯,起著單向閥門的作用,只讓氣體進入,不讓氣體外漏,方便進氣,保證充氣內胎的密封。
自行車相關力學題匯總
中國是自行車王國,自行車是中國老百姓最常用的交通工具。從自行車的結構和使用來看,它涉及了許多物理知識,小強同學為了方便上學也買了一輛時髦的碳纖維自行車,下面,同學們幫小強找找看,看看自行車所蘊含了那些物理知識。
1.從自行車的結構和使用來看,請你舉出3個利用到力學知識的例子,將它填在答題卷中,要求寫出相應的物理原理（或道理）
例子
物理知識的原理（或道理）
舉例
自行車的剎車皮是用橡膠做的,剎車時可增大摩擦。
摩擦力的大小與接觸面的材料有關,接觸面材料越粗糙,摩擦力越大。
1
2
3
2、觀察自行車：自行車上哪些地方的設計是為了增大摩擦？
哪些地方的設計是為了減小摩擦？
各是用什么方法增大或減小摩擦的？
將有關情況填寫在下表中：
存在部位
有益摩擦
有害摩擦
增大或減小摩擦的方法
靜摩擦
滑動摩擦
滾動摩擦
歸納表格中的情況,你認為：減小有害摩擦的一般方法有哪幾種？
3.小強從家里出發到學校的路面可以分為兩段,前一段是柏油路面,小強以3m/s的速度行駛了5min,后一段為水泥路面,1.2km的路程花了4分鐘,小強騎車到學校的平均速度是多少？小強想要估測出學校新跑道的長度,可他身邊只有一把米尺和一輛自行車,請你幫他想一種方法估測出學校新跑道的長度。
4．小強想：當人騎自行車前進時,停止蹬自行車后,自行車仍然前進,若不繼續施力,它最終要停下來,為什么？　緊蹬自行車前進時,前后輪受到的摩擦力方向一樣嗎？自行車由于慣性前進時,前后輪受到的摩擦力方向一樣嗎？為什么？
請畫出自行車在水平地面上勻速行駛的受力示意圖和斜面上勻速下坡的自行車受力示意圖。
5．自行車的車座為什么要設計成較寬大的“馬鞍形”？ 坐墊下的有許多彈簧,它們有什么作用？
（1）在車軸擰螺母處要加一個墊圈,來_____受力面積,以_______壓強．
(2)自行車的腳踏板做得扁而平,來____受力面積,以_____它對腳的壓強。
(3)小強的爸爸告訴小強：在炎熱的夏天,自行車輪胎內的氣體不能充得太足,為什么？
(4)一般情況下,充足氣的自行車輪胎著地面積大約為S=2×5cm×5cm=50cm2,當小強騎自行車前進時,和坦克車比較,誰對地的壓強誰的大？（坦克車質量50t,履帶與地面的接觸面積5m2）
(5)小強的自行車是碳纖維做的,和鋼結構的車比起開有什么優點？這輛自行車的自重100N,車與地面的接觸面積是20cm2。質量是50kg的小強同學能騎著它在結冰的河面上行駛嗎？（冰面能承受的壓強是8×104Pa,g取10N/kg。）假如他能在冰面上騎行,和普通路面有什么不同的感覺呢？
6．當人騎自行車快速前進時,若緊急剎車,一般情況下為什么不要先捏緊前剎車？騎自行車剎車時,為什么手用的力越大,自行車停得越快？自行車剎車手閘是省力杠桿嗎？如圖所示是腳蹬板與鏈輪牙盤示意圖請你畫出動力、動力臂、阻力和阻力臂。
7．小強周六和爸爸一起騎車去郊游,她們順著盤山路騎上了100m的一座小山,發現騎自行車上坡時走S形路線比走直線要省力些,為什么？如果斜面的效率是40%,小強上山花了12.5分鐘,求小強騎車的功率？
8.小強和小強的爸爸一起將小強的自行車改裝成水上自行車,在水面“行走”的自行車底部安裝了8個體積均為0.02m3的泡沫圓柱體, 并在后輪安裝了塑料葉片提供前進的動力。
（1）塑料葉片向后運動時,水上自行車就能向前行駛,這是由于 。
（2）假設小強騎著水上自行車在水中勻速行駛時,平均每個水桶有的體積浸沒在水中,該水上自行車連接車體和泡沫圓柱體支架重8kg,求泡沫圓柱體的密度？計算時我們不計哪些因素？（g=10N/kg）。
習題精練
1．用打氣筒給自行車車胎打氣時,不一會兒氣筒壁就會熱起來,為什么？
2．人騎自行車上坡前,為什么要緊蹬幾下？
3．當人自行車下坡時,即使不踩腳踏板,車的速度也會越來越快,為什么？
4、從自行車的結構和使用來看,它應用了許多自然科學知識,下列有關它的說法中不正確的是（　）
車座的設計應用了壓強的知識。
捏緊剎車把手減速是為了減小慣性。
車鈴應用了聲音發生和傳播的知識。
D．輪胎和腳蹬做有凹凸不平的花紋,是為增大摩擦。
5、如圖是一個跑步的人和一個騎自行車的人的s-t圖像,由圖像你可以得到哪些信息?
信息1:他們兩個人是同時開始運動的.
信息2:
信息3:
6、小明步行的速度約為1.4m/s,小紅騎自行車的速度約為3m/s,請根據這些信息設計一個題目,并按照正確的方法計算.
請認真閱讀下表所示的某種品牌電動自行車的一些主要技術參數。
最高車速
≤30km／h
一次充電連續行駛里程
50km
蓄電池
36V／10Ah鉛酸蓄電池
充電時間
8h
一次充電耗電量
0．6kW·h
電動機效率
80%
整車質量
40kg
最大騎行噪聲
≤62dB
請回答：
1．技術參數表中“36V／10Ah”表示的物理意義是什么？
2．若質量是70kg的人騎電動自行車在水平路面上以6m/s的速度勻速行駛時,受到的阻力是人與車總重的0.02倍,取ｇ＝10N/kg。求：行駛20min,電動機對自行車做的功和通過電動機線圈的電流。
3．若摩托車每行駛100km耗油2．5L,油價約5.1元／L,照明用電的電費約0.5元／kW·h,請通過計算說明使用電動自行車與摩托車哪種更經濟。
“自行車”的物理試題
[預習]
一、背景資料：自行車起源于歐洲。1790年法國的西夫拉克伯爵(Comte de Sivrac)將兩個輪子裝在木馬上，人騎在上面用腳蹬地前行，稱木馬輪。1816年德國的馮德賴斯男爵(Baron Karl von Drais)發明有車把可控制方向的木輪車，1818年獲英國專利。1839年蘇格蘭鐵匠麥克米蘭(Kirkpatrick MacMillan)制成由曲柄連桿結構驅動后輪的鐵制自行車。1861年法國的米肖父子發明前輪大、后輪小，前輪上裝有曲柄和能轉動的踏板的自行車，并于1867年在巴黎博覽會上展出。1874年英國的勞森(H.J.Lawson)在自行車上采用了鏈條傳動結構。1886年英國的斯塔利(J.Starley)使用了滾珠軸承和車閘，并將前后輪改為大小相同。1888年英國的鄧洛普(John Boyd Dunlop)成功使用了充氣橡膠輪胎，自行車至此基本完善。1868年5月31日法國的圣克勞德公園舉行了自行車比賽，這是有記載的最早的自行車比賽。1893年舉行首屆世界業余自行車錦標賽。1895年舉行首屆世界職業自行車錦標賽。奧運會自行車比賽分場地賽、公路賽和越野賽3大類。常見的有載重自行車、輕便自行車、淑女車、山地自行車、童車、賽車、電動自行車等．
二、構造：自行車由車架、輪胎、腳踏、剎車、鏈條等25個部件構成。其中，車架是自行車的骨架，它所承受的人和貨物的重量最大。按照各部件的工作特點，大致可將其分為導向系統、驅動系統、制動系統：
1、導向系統：由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。
2、驅動（傳動或行走）系統：由腳蹬、中軸、鏈輪、曲柄、鏈條、飛輪、后軸、后輪等部件組成。人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈輪、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動的，從而使自行車不斷前進。
3、制動系統：它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時操縱車閘，使行駛的自行車減速、停使、確保行車安全。
此外，為了安全和美觀，以及從實用出發，還裝配了車燈，支架等部件。
三、自行車是一種簡便無污染的交通工具，看一看它的構造(如圖)想一想你的使用過程，請提出兩個與物理有關的問題(力、熱、聲、光、電均可以，不需解答):
如：自行車的輪胎為什么會有花紋?
問題① 　　　　　;
問題②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
[習題]
1、從自行車的結構和使用來看，它應用了許多自然科學知識，下列有關它的說法中不正確的是（　）
車座的設計應用了壓強的知識。
捏緊剎車把手減速是為了減小慣性。
車鈴應用了聲音發生和傳播的知識。
D．輪胎和腳蹬做有凹凸不平的花紋，是為增大摩擦。
2、觀察自行車：自行車上哪些地方的設計是為了增大摩擦？哪些地方的設計是為了減小摩擦？各是用什么方法增大或減小摩擦的？
將有關情況填寫在下表中：
存在部位
有益摩擦
有害摩擦
增大或減小摩擦的方法
靜摩擦
滑動摩擦
滾動摩擦
歸納表格中的情況，你認為：減小有害摩擦的一般方法有哪幾種？
3、下面是輕便自行車與山地車的圖片，請比較輕便自行車與山地車的優缺點。
4、小華同學想要估測出學校新跑道的長度，可他身邊只有一把米尺和一輛自行車，請你幫他想一種方法估測出學校新跑道的長度。
5、一般情況下，一只充足氣的自行車輪胎著地面積大約為S=10Cm×5cm=50cm2，當一普通的成年人騎自行車前進時，試估算自行車對地面的壓強為多少帕。
6、如圖是一個跑步的人和一個騎自行車的人的s-t圖像,由圖像你可以得到哪些信息?
信息1:他們兩個人是同時開始運動的.
信息2:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
信息3:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
7、小明步行的速度約為1.4m/s,小紅騎自行車的速度約為3m/s,請根據這些信息設計一個題目,并按照正確的方法計算.
8、右圖是一些動物和交通工具的功率，請你估算騎自行車時受到的阻力。
9、為創造市場需要，適合老弱婦孺各種年齡層騎乘自行車，廠商多年前即開始研制輔助驅動自行車并且在新電池和驅動機械馬達技術成熟發展之下，電動自行車應運而生。海外發展較早的要數日本、奧利地、德國、臺灣等國家和地區。近幾年美國發展也比較快。據全國助力車專業委員會不完全統計，1998年全國僅擁有5.4萬輛，而去年，這個數字已達到200萬輛，每年都以數倍的速度增長。據測算，目前我國對電動自行車的年需求量達500萬輛，而現在的生產能力還只是需求量的10%。可以預見，電動自行車的市場前景十分廣闊。電動自行車是電力驅動和人力驅動兩用的綠色環保交通工具。人力驅動同普通自行車一樣操作，電力驅動是以電動自行車配用的蓄電池為能源通過控制器控制電機轉動，從而驅動電動自行車的車輪達到行駛的目的。請談談你對這種新型交通工具的看法。
答案：雖然我們天天騎、天天見自行車，我們真的還有很多問題呢：變速自行車是怎樣變速的？自行車的傳動裝置是怎樣傳動的？車條的編法與受力有關嗎？自行車的剎車裝置是怎樣的？如何減小騎車中的阻力，能測量出阻力大小嗎？為什么騎車時越用力蹬，車走得就越快越穩？車架為什么是倒三角型的？前后輪的齒數與車速有關系嗎？軸承中的滾珠怎樣工作的？它的材料是什么？它有什么作用呢？自行車是怎樣減震的？擋泥板多長合適呢？車把怎樣拐彎的？自行車行駛時都有哪些地方受到摩擦力呢？自行車的附屬物有那些，它們有什么作用呢？車胎為什么要打氣?自行車鈴為何會發聲?在平直公路上行駛著的自行車，不再蹬車后，為什么自行車仍能運動?晚上汽車車燈照在自行車尾部，為什么自行車尾燈會亮?……讓我們趕緊進行研究吧！
7、在完成如何測出自行車對地面的壓強后提出為什么汽車的輪胎要很寬（出示車胎）
例1（2002福州）2002年6月6日《海峽都市報》刊登了《貨車超限超載、國道不堪重負》一文，報道了“104國道設計使用年限為15年以上，但才使用5年就大修，現已傷痕累累……”如圖所示，有些運輸單位和個人只顧自己利益，不顧國家利益，讓汽車成倍的超載是損壞路面的直接原因。請你運用所學知識解釋汽車嚴重超載加快路面損壞的原因（只需答出一種合理的原因即可）
答案：（1）力的作用效果會使物體形狀發生變化，汽車成倍超載，對地面的壓力成倍增加，路面的形變加大，容易引起路面斷裂。
(2)車成倍超載，對地面壓力成倍增加，輪胎個數不變，車與地之間接觸面積基本不變，根據壓強公式P=F／S可知，車對地面壓強成倍增加，對路面破壞加重。
(3)車輪與路面的粗糙程度不變，汽車成倍超載，對地面壓力成倍增加，路面受到的摩擦力也就成倍增加，導致路面磨損加快。
點評： 試題情景反映的是一種社會現象，類似的問題生活中也很常見，試題圖文并茂，描述問題真實，具有深刻的現實意義．該題不僅關系到科學素養的培養．而且具有公民道德教育的功能．試題是“從生活走向物理，從物理走向社會”理念的典型體現。
分析：有些運輸單位和個體運輸業主，經常駕駛汽車成倍超載行駛，車輪對路面的壓力成倍增大，致使路面嚴重損壞，給國家財產造成了損失。
我們知道，力的作用效果之一是會使物體形狀發生改變，汽車成倍超載，對地面壓力成倍增加，路面的形變加大，容易引起路面斷裂。
注：本題也可從壓強的角度分析原因。“車成倍超載，對地面壓力成倍增加，輪胎個數不變，接觸面積基本不變，根據壓強公式p=F/S可知，車對地面壓強成倍增加，對路面破環加重”。
[實驗]
前后車輪的摩擦力方向。
車胎打氣太足的后果。
角反射器的反射效果。
車鈴的振動如何表現出來。
自行車胎與摩托車胎的比較。
急剎車時只用前剎的危害。
[熱點問題]
自行車是我們日常生活中一種普遍的交通工具，常見的有普通載重自行車、輕便自行車、山地自行車、童車、賽車、電動自行車等．它結構簡單，方便實用，圖1和圖2是兩種常見的自行車，在其中涉及到很多物理知識，包括杠桿、輪軸、摩擦、壓強、能量的轉化等力學、熱學及光學知識，下面具體來分析一下．
一、力學知識
1．摩擦方面
理論依據：
摩擦力的大小跟兩個因素有關：壓力的大小、接觸面的粗糙程度。壓力越大，摩擦力越大；接觸面越粗糙，摩擦力越大。
實際問題：
①自行車外胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處為什么要有凸凹不平的花紋
自行車外胎有凸凹不平的花紋，這是通過增大自行車與地面間的粗糙程度，來增大摩擦力的，其目的是為了防止自行車打滑。
②自行車為什么能前進？
A當我們騎在自行車上時，由于人和自行車對地面有壓力，輪胎和地面之間不光滑，因此自行車與路面之間有摩擦，不過，要問自行車為何能前進？這還是依靠后輪與地面之間的摩擦而產生的，這個摩擦力的方向是向前的。那前輪的摩擦力是干什么的？阻礙車的運動！其方向與自行車前進方向相反。正是這兩個力大小相等，方向相反，所以自行車作勻速運動。（有圖片說明）B自行車靠慣性前進時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進的阻力．C不過，當人們在地上推自行車前進時，前輪和后輪的摩擦力方向都向后。那誰和這兩個力平衡呢？腳對地面的摩擦力向前！
③剎車以后，自行車為何能停止？
剎車時，剎皮與車圈間的摩擦力，會阻礙后輪的轉動。手的壓力越大，剎皮對車圈的壓力就越大，產生的摩擦力也就越大，后輪就轉動的越慢。如果完全剎死，這時后輪與地面之間的摩擦就變為滑動摩擦力（原來為滾動摩擦，方向向前），方向向后，阻礙了自行車的運動，因此就停下來了。
前剎片是利用摩擦力使車輪減速，同時在接地點產生向後的摩擦力來使車體減速。以前輪夾式剎車和傳統後輪軸心的盤式剎車來比較，對同樣大小的剎車壓力而言，前者因力臂較長，會比後者有較大的力 矩，效果較佳。
④自行車哪些地方安有鋼珠？為什么安鋼珠？
在自行車的前軸、中軸、后軸、車把轉動處，腳蹬轉動處等地方，都安有鋼珠。
人們騎自行車總是希望輕松、靈活、省力。而用滾動代替滑動就可以大大減小摩擦力，因此要在自行車轉動的地方安裝鋼珠，我們可以經常加潤滑油，使接觸面彼此離開，這樣就可以使摩擦力變得更小。
?自行車在行駛的過程中，各個相互接觸的部件間產生相對運動，這些地方就存在摩擦。????手與車把間摩擦、車輪與地面間摩擦、閘皮與車輪間的摩擦等都是有益摩擦。用摩擦系數較大的橡膠制作車把上的膠套，在膠套上刻上花紋來增大手與車把間摩擦；在輪胎外殼上刻上花紋來增大車輪與地面間摩擦；，采用增大壓力的方法來增大閘皮與車輪間的摩擦。????前軸、中軸、后軸、腳蹬、車把與車架間等各個轉動部位的摩擦都屬于有害摩擦。減小這些有害摩擦的方法是在轉動部位安裝軸承，利用滾動摩擦代替了滑動摩擦；通過向這些部位加上黃油（鈣基潤滑脂）或機油進行潤滑。
車胎充足氣后，車輪與道路的接觸面積小，摩擦阻力相應減小，使得行駛較輕松。
實驗：前后輪摩擦力方面的問題
在開始課題研究時，指導老師和我們提出了一個問題：“前后輪所受摩擦力方向是否一致？”我們幾個人異口同聲地說“不同”，但具體是什么方向，我們也說不好。
正好，有些同學研究黑板擦問題。他們用黑板擦在黑板上滑動時，可以清楚地看到毛氈面變形，而變形方向與相對滑動方向恰恰相反，我們從中大受啟發。
最后我們確定實驗研究法。
前輪：將一條厚海綿裹在車輪上，固定好，讓前輪自由轉動，保持前進狀態，然后剎車，這時車輪下的海綿都擠在車輪著地點的后方，由此推知地面給前輪一個向后的摩擦力與車前進方向相反，是阻力；對于后輪，我們先把它架空，驅動腳蹬，使車輪轉起來，然后讓它著地，在著地的一瞬間，發現海綿擠在車輪著地點的前面，實驗表明地面給車后輪一個向前的磨擦力，導致車前進，這也就是自行車能前進的原因。
結論：前輪受的磨擦力向后，后輪受的磨擦力向前。后輪提供車前進的動力。
2．壓強方面
計算：(1)一般情況下，充足氣的自行車輪胎著地面積大約為S=2×10Cm×5cm=100×cm2，當一普通的成年人騎自行車前進時，自行車對地面的壓力大約為F=(500N+150N)=650N，可以計算出自行車對地面的壓強為6.5×104Pa．
(4)自行車的內胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時，氣體的質量越大，壓強越大．自行車輪胎不是木制、鐵輪的而是在輪胎中充氣的好處：壓縮空氣具有很大的壓強,以減弱沿地面行駛時產生的震動。但是應注意的是，輪胎中充氣不能過滿。特別是在夏天，輪胎中的壓縮氣體受熱膨脹，當膨脹到一定程度時，輪胎的體積不再變化而壓強逐漸增大，根據物理知識p Ｔ，內部壓強增大，會導致爆破，因此在夏天不要將自行車停放在太陽底下，以免造成同樣的后果。
輪胎若胎壓不夠，騎起來將非常吃力，這是因為摩擦力減少的原因，當胎壓不足時，我們施的力量會有一部份用於使輪胎拉扯形變，所以感到費力許多，這種情形若是曾騎過沒有胎壓的單車，都會印象深刻
氣門芯的作用：充氣內胎上的氣門芯，起著單向閥門的作用，只讓氣體進入，不讓氣體外漏，方便進氣，保證充氣內胎的密封。
(1)自行車車胎上刻有載重量。如車載過重，則車胎受到壓強太大而被壓破。
(2)座墊呈馬鞍型，是人體體重的支撐面，具有良好的強度和彈性，它能夠增大座墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強，使人騎車不易感到疲勞。
(2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，以減小壓強．
(3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強，
近幾年來，人們又研究出了一些提高自行車穩定性的部件，例如：避震前叉：車胎充足氣后，車輪與道路的接觸面積小，摩擦阻力相應減小，使得行駛較輕松。但是，一旦遇上高低不平的道路，就會顛簸不穩，特別是前叉震動更加厲害。采用避震前叉可以起到以下一些作用：
將車架和前輪彈性的連接在一起，可吸收并緩解因路面不平而傳遞給車架的沖擊和震動，保持乘騎舒適和平穩。
由于減震裝置具有緩沖作用，可以避免某些零件因過分震動而損壞。
減震裝置能傳遞垂直力，驅動力，側向力以及相應產生的力矩，確保騎行舒暢。
3．輪軸方面
(1)自行車的車把相當于一個輪軸，車把相當于輪，前軸為軸，是一個省力杠桿，如圖3所示．手把連接前輪的轉向機制是輪軸的哂茫?話閌緡?囀職汛蠖啾容^寬，就是因為把“輪”的半徑加大，可以更省力，騎起來很優雅，有淑女的氣質。
(2)自行車的腳踏板與中軸也相當于一個輪軸，實質為一個省力杠桿．
(3)自行車的飛輪也相當于一個省力的輪軸．
A、中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸（腳蹬半徑大于花盤齒輪半徑）。
B、自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸（手把轉動的半徑大于前叉軸的半徑）。
C、后軸上的齒輪和后輪：組成費力輪軸（齒輪半徑小于后輪半徑）。
??執行部分中的車把、控制部分中的車閘把、后閘部件中的前曲拐、后曲拐及支架、貨架上的彈簧夾、車鈴的按鈕等部件都屬于杠桿。????傳動部分中的腳蹬與大齒輪盤構成一個動力作用在輪上的省力輪軸，飛輪與后輪則構成一個動力作用在軸上的費力輪軸；執行部分的車把也可以看作一個輪軸。　　腳蹬和牙盤之間是省力的輪軸。因為腳蹬轉動半徑大于牙盤，所以蹬車時不必費太大的力。
設前齒輪半徑a、後齒輪半徑b，a/b的比值愈大，可以愈省力，但省力一定較費時，所以車騎不快，一般在起動時會把a/b調小一點，比較容易克服最大靜摩擦力，之後再把比值變大。一輛十段變速的自行車有兩個不同半徑的前輪，後面有五個，以共有十種組合。
后齒輪半徑越小（在時間及驅動力相同的情況下）后輪角速度越快。這驗證了當初的猜想。人們需要更大啟動速度時應將鏈條掛到小輪上，這樣在同樣力的作用下有更大的速度。
傳動部分中的腳蹬與大齒輪盤構成一個動力作用在輪上的省力輪軸，飛輪與后輪則構成一個動力作用在軸上的費力輪軸；執行部分的車把也可以看作一個輪軸。
使用帶齒的輪盤與鏈條相互咬合代替了皮帶傳動，增大了磨擦，更有力地帶動了“飛輪”的轉動。
使用充氣輪胎，還涉及了一個動量定理的物理知識，只有使t變長，Ｆ才能變小，從而起到緩沖作用。自行車是一種機械，它由許多的簡單機械構成：4．杠桿方面
A、控制前輪轉向的杠桿：自行車的車把，是省力杠桿，人們用很小的力就能轉動自行車前輪，來控制自行車的運動方向和自行車的平衡。
B、控制剎車閘的杠桿：車把上的閘把是省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以較大的壓力壓到車輪的鋼圈上。
自行車制動系統中的車閘把與連桿是一個省力杠桿，可增大對剎車皮的拉力。自行車為了省力或省距離，還使用了輪軸：腳蹬板與鏈輪牙盤；后輪與飛輪及龍頭與轉軸等。
5．慣性方面
(1)當人騎自行車前進時，停止蹬自行車后，自行車仍然向前走，是由于它有慣性．
(2) 騎行自行車進必須遵守交通規則，騎行速度不能太快，以免出現交通事故。騎行過程中需要減速或停車，特別是快速行駛或下坡時，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去．翻車事故！
快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪為什么會跳起來。這是因為前輪受到阻力而突然停止運動，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據慣性，人和后輪要保持繼續向前的運動狀態，所以后輪會跳起來。
6．能量轉化方面
(1)根據功的原理：省力必定費距離。因此人們在上坡時，常騎“S形”路線就是這個道理。
　　(2)動能和重力勢能的相互轉化。
　　如騎車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動能轉化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉化為動能。
(3)如圖4所示，自行車的車梯上掛有一個彈簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉化為動能，車梯自動彈起．
騎車者騎行時的輸出功率：
V = P / f???????? （V：騎行速度。P：人輸出功率。f：騎行阻力）（設計一個功率計算題）
7．聲學方面
(1)自行車的金屬車鈐發聲是由于鈴蓋在不停的振動，而汽笛發聲是由于汽笛內的氣體不斷的振動而引起的．
8．測量中的應用
在測量跑道的長度時，可運用自行車。如普通車輪的直徑為0.71米或0.66米。那么轉過一圈長度為直徑乘圓周率π，即約2.23米或2.07米，然后，讓車沿著跑道滾動，記下滾過的圈數n，則跑道長為n×2.23米或n×2.07米。
9．密度
車架一般采用普通碳素銅管經過焊接、組合而成。為了減輕管重量，提高強度，較高檔的自行車采用低合金鋼管制造。為了減少快速行駛的阻力，有的自行車還采用流線型的鋼管。
二、熱學知識
在夏天自行車輪胎內的氣體不能充得太足，是為了防止自行車爆胎，因為對于質量、體積一定的氣體，當溫度越高，壓強越大，當壓強達到一定程度時，若超過了輪胎的承受能力，就會發生爆胎的情況．(用氣球和電吹風演示)
三、光學知識
在日常生活中，自行車的后面都裝有一個反光鏡，它的設計很巧妙，組成如圖6所示，它是由三個相互垂直的平面鏡組成一個立體直角，用其內表面作為反射面，這叫角反射器．當有光線從任意角度射向尾燈時，它都能把光“反向射回”，當光線射向反光鏡時，會使后面的人很容易看到．在夜間，當汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上，無論入射方向如何，反射光都能反射到汽車上，其光強遠大于一般的漫反射光，就如發光的紅燈，足以讓汽車的司機觀察到．（有flash演示）
四、電學方面
在有些自行車上裝有小型的發電裝置，它利用摩擦轉動，就像我們在實驗室中看到的手搖發電機一樣，發出的電能供給車燈工作，起到一定的照明作用．
[作者單位：王敬龍 (067000)河北省承德市民族師專附屬中學]
心理學研究表明，人的思維是由問題開始的。愛因斯坦指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決問題也許僅是數學上的或實驗上的技能而已，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要創造性的想象力；而且標志著科學的真正進步。” 居里夫人說要敢于發表自己的觀點。 由此可見，在物理教學過程中，處于教學活動主導地位的教師，對學生提出問題能力的培養，是課堂教學不可缺少的一環 。
我國古代的簡單機械（斜面）
　　我國古代的農業、手工業、建筑業和運輸業是比較發達的，因此簡單機械的成就也是輝煌的，杠桿、斜面、轆轤等的應用非常廣泛。
　　斜面的記述和應用也是《墨經》中首先記載的，古時把斜面稱為“梯”。敘述了放在梯上的物體不能水平和垂直放置，說明放在斜面上的物體要向下滑動。同時墨家還設計了“車梯”，利用它來提高重物可以節省人力。車梯的構造也很巧妙，它是一種裝有滑輪的前低后高的斜面車。雖然當時沒有提出利用斜面可以省力的道理，但省力的思想是包函在其中的。到了漢代，王充對斜面做了進一步的敘述，大意是說載重之車在斜面上必須有強力拉或推，才能向上運動，如果失去拉力或推力，車就會向下運動。尖劈的運用在春秋戰國以前就開始了，古人知道用它可以使小力發揮大力的作用，且兩面的夾角愈小，發揮力的作用愈大。尖劈在我國的發展經過了漫長的歲月，從古猿人打獵用的石頭尖劈，經長期的改進，發展到今天各式各樣的金屬尖劈，被廣泛應用在生產工具、兵器和日常生活中。
一些機器設備的效率
　　離心式水泵 60%～80%　 柴油機 28%—37%
　　起重機 　　49%～50%　 汽油機 22%～27%　　
　　電動機 　　80%～90%　 燃氣輪機 20%～30%
　　蒸氣機 　　6%—15%　　空氣噴氣發動機50%—60%
自行車給人們的生活帶來了交通的便利。自行車的車輪由初期的木輪、鐵輪，發展到今天的充氣的橡膠輪。若將其充氣橡膠輪換成鐵輪子，請運用物理學的知識列出兩點不妥之處。
鐵輪子質量太大,慣性太大,不容易使用;與地面摩擦力小,容易打滑;彈性系數太大,不容易變形,沒有緩沖等等.
物理研究型學習
——自行車中的力學

初三（4）班 許暉
自行車中的力學
自行車——這一令人熟知的大眾化的交通工具，即使在科技、文化、政治、經濟發達的今天，它依然備受老百姓青睞，它的飛速發展歷程證明了科學在改變著這個世界。
一、自行車的概念及組成部分
傳動裝置：包括主動齒輪（輪盤）、被動齒輪（飛輪）、鏈條及變速器。
齒輪比：主動齒輪（輪盤）、被動齒輪（飛輪）的齒數之比；
傳動比：齒輪比乘以后輪的直徑；
傳動行程：傳動比再乘以圓周率即為傳動行程，即每蹬踏一周單車前進的距離（以上查閱網絡資料）。
二、自行車中的力學應用
（一）運動和力的應用。
自行車的外胎、車把手塑料套、踏板套等處均有凹凸不平的花紋以增大摩擦，剎車時，手用力握緊車閘把，增到剎車皮對車輪鋼圈的壓力，以達到制止車輪滾動的目的，所以車能夠迅速制動。
車的前軸，中軸及后軸均采用滾動軸承以減小摩擦，在這些部件上，人們常常加潤滑油進一步減小摩擦。
1、彈簧的減震作用
車坐墊下安有粗的螺旋狀的彈簧,利用它的緩沖作用以減小震動。
（二）壓強知識的應用
1、自行車負重
自行車的車胎上刻有載重量，明確告訴人們：不能超載，如果車載過量，車胎受力面積不變，則車胎受到太大的壓強將被壓破。
2、車座上的物理
坐墊呈馬鞍型，它能夠增大坐墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強，使人騎車時感到較舒適。
（三）簡單機械知識的應用
自行車制動系統中的車閘把與連桿是一個省力杠桿，可增大剎車皮的拉力，另外，鏈輪牙盤與腳蹬、后輪與飛輪、車輪頭與轉軸等都是輪軸，利用它們可以省力。
（四）功和能的知識運用
1、人們在騎自行車上較陡的坡時，往往走“S”形路線，這是根據功的原理，如圖：坡長相當于斜面長，坡高相當于斜面高，根據功的原理：W1=W2,即FL=GH亦可寫作 ，可看出，斜面長L是斜面高H的幾倍，所用力F就是重力G的幾分之一，所以，在高度H不變的情況下，斜面越長越省力，走“S” 形路線是為了增大斜面長，從而能順利上坡。
2、動能和勢能的相互轉化
騎自行車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，使車的速度（動能）增大，“動能沖坡”以加大的動能轉化為較大的勢能，能夠較容易到達坡頂，而騎車下坡時，不用腳蹬車速也越來越快，這是勢能轉化為動能，動能不斷增大，所以車速也不斷增大。
（五）剎車和慣性
自行車高速行駛特別是下坡時，不能單獨用前閘剎車，否則會出現翻車事故，其原因是：前炸剎車，前輪被迫靜止，而作為驅動的后輪車架和騎車人由于慣性還要保持原有的高速運動的趨勢，這時就會以前輪與地面接觸處為支點，向前翻轉，造成翻車事故。
（六）測量中的應用
在測量道路的長度時，可運用自行車如24型車輪直徑為0.62米，26型車輪直徑為0.66米，車輪轉過一圈長度為直徑乘以圓周率π得1.95米或2.07米，然后，讓車沿著跑道滾動，記下滾過的圈數N,則跑道N×1.95米或N×2.07米。
（七）熱膨脹知識
在炎熱的夏天，車胎內的氣不能充的太足，更不能放在烈日下暴曬，因為車胎內的空氣受熱急劇膨脹，壓強猛增會將車胎脹破。
（八）機械能與內能的轉化
用打氣筒給車胎打氣，過一會兒，筒璧會熱起來，這是因為壓縮筒內氣體和克服活塞與筒璧的摩擦做功，使筒璧內能增加，溫度升高，所以筒璧會發熱。
（九）自行車中軸齒輪的轉動與受力
自行車的基本框架是三角形架，三角形架下面的頂點固定著可以靈活轉動的中軸以及和中軸固聯的大齒輪，腳踏板由連桿連接軸處，大齒盤通過鏈條和小齒盤連接起來。大齒盤在轉動過程中受到的力總共有三個，一個是人對踏腳板施加的力，另一個是繃緊的鏈條對大齒盤施加的力，第三個是三腳架對中軸的支持力。在這三個作用力中，只有前兩個作用力對轉動產生影響，其中人對踏腳板施加的力矩，對大齒盤的轉動而言是動力矩；繃緊的鏈條對大齒盤施加的力矩對大齒盤的軸而言是阻力矩。當自行車在水平路面勻速運動時，阻力矩與動力矩平衡；當自行車在水平路面加速運動時，人施加的力產生的動力矩大于鏈條施加的阻力矩；當自行車在水平路面減速運動時，人施加的力產生的動力矩小于鏈條施加的阻力矩。
（十）自行車后輪的轉動與受力
人在騎車過程中，自行車的后輪總共受到四個力的作用：一個是后輪的重力和來自車架作用在后軸上的壓力；第二個是地面對后輪豎直向上的支持力，力的方向經過后軸；第三個是大齒盤轉動帶動鏈條張力作用給小齒盤，帶動小齒盤和后車輪同步轉動；第四個是后輪和地面的接觸點受到地面給予的靜摩擦力。前兩個力經過后軸，對后輪不產生力矩，后兩個相對于后軸而言產生力矩。鏈條對小齒盤施加的力對后軸而言產生的是動力矩，帶動后輪轉動；后輪在轉動過程中受到向前的靜摩擦力，對后軸而言產生的力矩是阻力矩；當自行車在水平路面勻速運動時，鏈條產生的動力矩和地面對后輪施加的向前的靜摩擦力產生的阻力矩相互平衡；當自行車在水平路面加速運動時，鏈條產生的動力矩大于地面對后輪施加的向前的靜摩擦力產生的阻力矩；當自行車在水平路面減速運動時，鏈條產生的動力矩小于地面對后輪施加的向前的靜摩擦力產生的阻力矩。
（十一）自行車前輪的轉動和受力
自行車的前輪在轉動的過程中，受到三個力的作用：一個是前插施加在前軸上的壓力，這個壓力可以分解為一個豎直向下的壓力，一個水平向前的推力，正是這個推力的作用，使得前輪具有向前平動的趨勢。另一個是地面豎直向上施加給前輪的支持力，這個支持力與前插施加給前輪豎直向下的壓力和前輪重力的合力大小相等?

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