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1、研究性学习开题报告表课题名称自行车上的力学知识课题组的构成组 长孙卓滨导 师周鑫组 员李晶晶、陈玉宇、符发娥、王勇妍、陈丽娟、陈继尧、符季颖、李仁、唐天喜课题选择缘由运用所学知识探索身边的事物，使知识得到巩固和更深一理的理解课题研究的目的与意义目的：对自行车的解剖以探索其中的物理知识；意义：增强实践能力与动手能力；课题研究的预期成 果了解自行车上的力学知识并结合物理知识，进一步深究所需场地、设施、器村条件学校计划访问人员导师：周鑫， 物理老师：王满兰课题研究计划活动安排活动时间活动内容活动形式5月15日5月25日制作开题报告全组成员5月25日6月5日观察、思考自行车上的力学知识小组成员6月5日
2、6月10日查找资料小组成员6月10日6月25日制作中期报告全组成员7月1日8月1日查找资料，分组讨论，解决提出的问题。小组成员8月1日8月25日制作结题报告全组成员小组分工陈玉宇、符季颖制作PPT、发表、整理、论文李晶晶、陈丽娟查找资料、将查到的资料整理符发娥、王勇妍分类、询问老师、提出问题陈继尧设计方案唐天喜、李仁、孙卓滨根据讨论出来的结果设计出一系列的相关活动、组织安排活动时间、整理结果导师意见同意开题自行车上的力学知识（研究过程记录）活动安排活动时间活动内容活动形式5月15日5月25日制作开题报告全组成员5月25日6月5日观察、思考自行车上的力学知识小组成员6月5日6月10日查找资料小组
3、成员6月10日6月25日中期整理全组成员7月1日8月1日查找资料，分组讨论，解决提出的问题。小组成员8月1日8月25日制作结题报告全组成员小组分工陈玉宇、符季颖制作PPT、发表、整理、论文李晶晶、陈丽娟查找资料、将查到的资料整理符发娥、王勇妍分类、询问老师、提出问题陈继尧设计方案唐天喜、李仁、孙卓滨根据讨论出来的结果设计出一系列的相关活动、组织安排活动时间、整理结果研究性学习结题报告 一、报告课题：自行车上的力学知识二、课题组成员：陈玉宇、符季颖、李仁、陈继尧、唐天喜、李晶晶、符发娥、陈丽娟、王勇妍 、孙卓滨三、课题指导师：周鑫四、内容摘要：通过研究性学习，我们自己发现问题自己解决问题，大大丰
4、富了我们的思维方法。通过研究开拓自己的见识，增强团结互助的意识。我们为了了解自行车上的力学知识，以及解决方法，采用了上网查询，实验观察等诸多方法来了解自行车上的力学知识。五、索引关键词：自行车，力学知识，改进六、正文绪论DAHON公司致力于创造世界最精美折叠自行车已长达二十多年，稳步提升设计的基础上从而创造出更坚固、更轻便车架和更易操作的DAHON折叠车。自行车应该是折叠方便、持久耐用、经济实惠，重量超轻，同时最重要的一点是安全可靠。DAHON的专利技术已经使折叠自行车设计产生了革命性变化。其创立者韩德玮博士洞觉使用折叠自行车可减少对石油这种不可再生能源的依赖。他觉察到折叠自行车将广泛应用于多
5、元化交通的前景。大多数折叠自行车前端头管不够坚固。我们将头管加长并将其直径加大，使其更坚固、刚硬，从而解决了这个问题。世界许多国家把自行车视作绿色交通工具，因为它不需任何能源，无污染，无噪音，结构简单，使用方便，但却靠人力驱动才能行驶，遇到上坡或者逆风行驶常常可以看到不少骑行者是非曲直推车而行。自行车另一个缺欠是没有减振装置，在快速行驶时，骑行者多以双臂用力支撑上身，所以来自地面颠簸，通过双臂对大脑神经严重影响，如果长途跋涉，其疲劳程度是可想而知的。总之，节力、减振是当今自行车存在的两个大问题。郑向群高速减振自行车就是专门针对上述两个问题而精心设计的，它们的最大特征是有一个非常特殊的车架，能把
6、骑车者的自身重量变成一种向前推时的动力能，所以闸开车行，闸闭车停。就是说，平地不用脚蹬车子便会自动启行，而且速度还会迅速加快，只在逆风行驶时、上坡时才需要脚踏驱动。第二特征是快而节力，因为驱动不是完全靠脚蹬，所以格外感到轻便，因此本车无需采用复杂昂贵的变速机构，以直接加大齿速比。第三个突出特点是骑用时非常舒适，这是因为除车架本身具有弹性外，在前轮和车座产管上还有减振装置。高速减振自行车结束了自行车不能自行的历史，为自行车的发展揭开了崭新的篇章。它们是当今世界上速度最快、最节力、最舒适无与伦比的一种自行车，性能虽然优越，但由于结构简单，造价并不高于传统自行车，车型美观大方，把式新颖多样，可以随意
7、调装。课题研究的目的和意义：对自行车的解剖以探索其中的物理知识；通过研究性学习，我们自己发现问题自己解决问题，大大丰富了我们的思维方法。研究开拓自己的见识，增强团结互助的意识。报告主体1、运动原理自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统。 1.1 导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。 1.2 驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。人的脚的
8、蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。 1.3 制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。 此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。脚蹬部件：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置。自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄、中轴、链条飞轮，使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面
9、，必须安全可靠，具有一定的防滑性能。车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，自行车应该采用流线型的钢管。由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。外胎：分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。前叉部件：前叉部件在自行车结构中处于前
10、方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。 前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件应该具有足够的强度等性质。链轮：应该用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含。飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内
11、，千斤又压缩了千斤簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，发出“嗒嗒”的声响。芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出“嗒嗒”的声音。当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。链条：链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进，应该减少链条的宽度，使它与齿轮紧密接触，减少掉链的几率。2、
12、自行车的力学知识2.1 运动和力的应用2.1.1 增大和减小摩擦自行车在行驶的过程中，各个相互接触的部件间产生相对运动，这些地方就存在摩擦。 手与车把间摩擦、车轮与地面间摩擦、闸皮与车轮间的摩擦等都是有益摩擦。用摩擦系数较大的橡胶制作车把上的胶套，在胶套上刻上花纹来增大手与车把间摩擦；在轮胎外壳上刻上花纹来增大车轮与地面间摩擦；，采用增大压力的方法来增大闸皮与车轮间的摩擦。 前轴、中轴、后轴、脚蹬、车把与车架间等各个转动部位的摩擦都属于有害摩擦。减小这些有害摩擦的方法是在转动部位安装轴承，利用滚动摩擦代替了滑动摩擦；通过向这些部位加上黄油（钙基润滑脂）或机油进行润滑。摩擦力的大小跟两个因素有关
13、：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。 自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。自行车的外胎，车把手塑料套、踏板套、闸把套等处均有凹凸不平的花纹以增大摩擦，刹车时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对车轮钢圈的压力，以达到制止车轮滚动的目的，刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，变滚动为滑动后，摩擦大大增加，所以车能够迅速制动。车的前轴，中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦
14、大大增加了，故车可以迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。轮胎上的花纹：增大摩擦。刹车皮：增大压力，增加摩擦。链条和齿轮：增加粗糙程度，加大之间的摩擦。2.1.2 弹簧的减震作用车的座垫下安有粗的螺旋状的弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。轮胎的减震作用：在自行车车胎中充有适量的压缩空气，压缩空气具有很大的压强，可以增强弹性。同时在车的鞍座中装有弹簧，通过弹簧的弹性形变减弱车的震动。通过这些方法可以使自行车骑行平稳，减少颠跛。2.2 压强知识的应用2.2.1 自行车负重自行车的车胎上刻有载重量，明确告诉人们不能超载，如车载过量，车胎受力面积不变
15、，则车胎受到太大的压强将被压破。 自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、温度一定时，气体的质量越大，压强越大。2.2.2 车座上的物理座垫呈马鞍型，它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车时感到较舒适。2.3 简单机械知识的应用自行车是一种机械，它由许多的简单机械构成：执行部分中的车把、控制部分中的车闸把、后闸部件中的前曲拐、后曲拐及支架、货架上的弹簧夹、车铃的按钮等部件都属于杠杆。传动部分中的脚蹬与大齿轮盘构成一个动力作用在轮上的省力轮轴，飞轮与后轮则构成一个动力作用在轴上的费力轮轴；执行部分的车把也可以看作一个轮轴。自行车的各个部件是靠螺丝来连接和紧固的，螺丝上的螺
16、旋是一个绕在圆柱体上的斜面。自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大刹车皮的拉力。另外，链轮牙盘与脚蹬，后轮与飞轮，车龙头与转轴等都是轮轴，利用它们可以省力。自行车的车把相当于一个轮轴，车把相当于轮，前轴为轴，是一个省力杠杆，自行车的脚踏板与中轴相当于一个轮轴，实质为一个省力杠杆。自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴。另外，刹车把手：省力杠杆，轮盘和脚踏：省力的轮轴。车把上的闸是省力杠杆，人们用很小的力就能使车闸以比较大的压力压到车轮的钢圈上。自行车的车闸是利用摩擦力使自行车减速和停止前进。当我们使用车闸是，刹皮与车轮间的摩擦力，使车轮停止运动或速度减小，车轮与地面间的摩擦力由滚动摩
17、擦变为滑动摩擦。强大的滑动摩擦力使自行车迅速减速。2.4 能的知识运用动能和势能的相互转化。骑自行车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，使车的速度（动能）增大，“动能冲坡”。以较大的动能转化为较大势能，能够较容易到达坡顶。而骑车下坡时，不用脚蹬，车速也越来越快，这是势能转化为动能。动能不断增大，所以车速也不断增大。2.5 刹车和惯性自行车高速行驶特别是下坡时，不能单独用前闸刹车，否则会出现翻车事故，其原因是：前闸刹车，前轮被迫静止。而作为驱动轮的后轮车架和骑车人由于惯性还要保持原有的高速运动的趋势，这时就会以前轮与地面接触处为支点，向前翻转，造成翻车事故。当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，一般情况
18、下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去。2.6 热膨胀知识的运用在炎热的夏天，车胎内的气不能充得太足，更不能放在烈日下曝晒，因为车胎内的空气受热急。2.7 机械能与内能的转化用打气筒给车胎打气，过一会儿，筒壁会热起来，这是因为压缩筒内气体和克服活塞与筒壁的摩擦做功，使筒壁内能增加。温度升高，所以筒壁会发热。坐垫下的弹簧：减小缓冲作用。3、改进意见（1）自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，增大接触面粗糙程度，增大摩擦力。（2）自行车的脚踏板应该选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活，脚踏板必须做得扁而平，来增大受力
19、面积，以减小它对脚的压强。（3）所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦，转动方便。车轴处经常上一些润滑油，以减小接触面粗糙程度，来减小摩擦力。（4）刹车时，需要纂紧刹车把，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力。（5）普通闸的制动点在车圈的内侧面也即是刹车摩擦车圈内表面。其摩擦力大，制动效果好，但会对自行车的外胎和刹皮产生大的磨损，使刹车效果变差。若是车缘闸的话，还会对车圈电镀层产生损伤。（6）车架：为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，有的自行车还采用流线型的钢管。车架应采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。应制成两端大、中间小
20、的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型。 （7）外胎：外胎上的应适当增加花纹增加与地面的摩擦力。（8）链条：掉链是因为链条太松或者和齿轮的间隙太大，可以适当的缩减链条的长度，拉紧链条。（9）链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。（10）车脚：自行车的车座做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对身体的压强。通过本次研究，我们认识了自行车上的许多力学知识，认识各个零件的原理，而且还试着改进自行车上许多常见问题。我们尝试着利用所研究的知识，改进自行车上的构造，解决问题这次研究不仅加强了组员之间的协作能力，体现了团结就是力量。更有效的提高了组员们的动手，动脑能力。为以后的学习道路上做
21、成长铺垫。七、后记记得第一周开题的时候，当组长与我们确定好课题后，同学们都热情高涨，就好像在长时间的干旱之后，临来了久违的甘露，滋润着我们的心灵。组长分配了各个小组的小组任务后，各个小组都立即分头行动，寻找，搜集。各个小组需要的资料，成员个个都很激情，而且过程轻松高效。此次活动使我懂得了“一份耕耘一份收获”。只要坚持，成功还是有希望的，锲而不舍，金石可镂！我们还要感谢我们的指导老师还有在课外帮助过我们的全体人员，感谢你们给予我们帮助和支持。八、参考文献我们在网上查询了一些资料，在以下网站可以查询。自评互评王勇妍自评：在这次研学中，我表现的还不错，因为我把组长分配给我的任务认真的完成了，并且主动
22、配合组长及组员探讨一些有关自行车零部件的问题。互评：该同学在这次研学中，表现良好，积极配合组长及组员完成一系列的任务，而且对老师，组长提出的问题都有所了解，并且能够做出详细的解答。陈丽娟自评：在这次研究型学习中，自己能完成组长布置的任务，但不够积极主动，在探讨问题的过程中，不能够积极的思考和解决问题。但总的来说，表现良好。互评：在这次学习中，该同学表现优良，团结协作，但不够积极主动。能提出问题并且互相之间能齐心协作解决问题。李仁自评：在研究性学习的过程中，我总是保持一种低调协作的态度，从不的（）的对待这四位挑战的研究，一种态度的关键在于好奇心的火热，一种力量的强弱在于协作与鼓励互评：该成员表现
23、出色i，及时的完成组长交代的任务，人人不拖延时间，而且质量较高，团结协作每一位组员。唐天喜自评：在这次研究性学习中，我从中学会很多关于字字那个车力学方面的知识，深刻的体会研学带来的乐趣和无穷的价值。互评：该学生在研学过程中表现出色，尽力协作，认真完成任务。李晶晶自评：在此研学中我们通过对（）种最普遍的自行车机型进一步的认识和探讨，并把所学的物理知识结合起来进一步对知识的应用。同时通过同学们的交流中感受到了团结就是力量。互评：该学生在研学中仔细的整理资料，使得我们的研学思路清晰。陈玉宇自评： 积极参与小组的各项任务，按时完成老师给的任务，能配合其他成员，听从组长的分配，在研究的过程中也增进了组员
24、几件的团结之情。互评：此同学在研学过程中，宇同学积极配合，能及时完成老师交代的任务。符发娥自评：在这次研究中，我表现还可以，活动都参与，但是这次的研学也是有帮助的，我对自己的表现还满意。互评：该同学表现良好，积极配合，勇于探索，是一位不错的学生孙卓滨自评：在这次研学中，提高了我们团结的精神，增加了我们的科学知识，锻炼了我们的才能，对日后的学习和工作有很大的帮助。互评：该同学认真、谨慎是出了名的，并且积极的完成各项任务，不怕苦、不怕累，是同学们心中的好组员。陈继尧自评：在这次研究性学洗中，我总体表现积极，能够配合组员及时完成各项工作，单眼，在流汗的过程中，我们也相应的有所收获，所谓；付出便会伴随着收获嘛。总而言之，在这次研学中，我中提表现还不错。互评：该同学表现良好，能积极的完成各项任务，在干好本职的工作的同时能积极的帮助同学，是一位很有上进心和好学心。符季颖自评：在这次研究性学习中，感觉自己表现良好，能积极的配合同学们把各项工作做好。并且真正体会到了团结就是力量，同时我还能学习到了很多的知识，相信在以后的学习中会有很大的帮助。互评：该同学很有上进心和好奇心，能积极的去探讨、发现问题，并积极的提出。表现突出，并且能认真的、积极的去完成各项任务。师评该小组的各成员能积极地投入到研究过程之中，团结互助，分工明确。希望在以后的学习生活中能继续发扬这种刻苦钻研、不怕吃苦的科学精神。
