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1、中学校本教材 我们周围生活中的物理中学物理组编年 目录力与生活一、运动场上的物理学3二、风筝的力学原理及制作5三、菜刀上的力学原理8四、汽车上的新型刹车装置-ABS系统和自行车中的力学原理11电与生活五、电视机的历史和原理18六、等离子电视原理26七、GPS系统简介30八、喷墨打印机原理纵横谈33磁与生活九、IC卡36十、电磁炉工作原理37十一、微波炉的工作原理42十二、磁在发电机和电动机中的应用46十三、磁在磁录音机和磁录像机中的应用48十四、磁在新型汽车中的应用49光与生活十五、太阳能的利用50十六、红外热成像技术53十七、地热资源及其开发利用57十八、光纤理论与光纤结构59十九、光与家居
2、60二十、光与我们生活61原子与生活二十一、元素时钟62力与生活一、运动场上的物理学一、钉鞋 田径比赛时，短跑运动员往往要穿上钉鞋，而长跑运动员如果也穿上钉鞋的话，那就会闹笑话了。那为何短跑运动员要穿上钉鞋，而长跑运动员不能穿呢？同样都是钉鞋，为何跑步时穿的钉鞋只有前脚掌有钉子，而跳高时穿的钉鞋前后脚掌都有钉子呢？ 原来短跑时无论起跑还是途中跑，运动员都要竭尽全力地向后蹬地，靠地面对人的反作用力而迅速向前运动，如果穿上一般的运动鞋，由于鞋底和跑道之间的最大静摩擦力会小于运动员的后蹬力，运动员就会因打滑而向后移动（一般将这种现象称为滑蹭），若在短跑中运动员每跑一步都向后滑蹭一点，势必会影响运动员
3、的成绩。而穿上钉鞋后，由于钉子能扎入跑道，因而可以有效地防止滑蹭，所以短跑运动员穿上钉鞋是为了增大摩擦力。 那长跑运动员跑步时为何不穿上钉鞋呢？原来滑蹭虽然会使运动员多跑一些距离，但由于滑蹭也会延缓脚与地面间作用的时间，减小了地面对人的反作用力，缓冲了对关节的冲击，可减轻运动员的疲劳程度，提高总成绩。另一方面，长跑比的是耐力，不需要那么大的后冲力，因而滑蹭相对也小些。再来说说跳高时穿的钉鞋为何前后脚掌都要有钉子。原来跑步时只是前脚掌着地，而跳高时先是后脚掌着地，然后是前脚掌着地，因为跳高是利用助跑获得水平速度，再利用制动性起跳，将水平速度转化为向上的速度，钉鞋的后跟也有钉子就是为了产生制动作用
4、。二、跳高姿势 校运会上跳高运动员一般都采用跨越式跳高, 而少数采用背越式的运动员往往是成绩比较好的运动员，并且在世界大赛上，根本就看不到跨越式跳高，这又是什么原因呢？设想将人的头和脚连起来成一圆环（图1），则其重心大约在圆心O附近，也就是重心下移了。所以当背越式跳高时，运动员总是背对横杆，将身体做成弓形，象拱桥一样（图2），这样做的目的是为了使其重心O下移。而跨越式跳高则如图3所示，二脚尽可能分开先后跨越横杆，这时人的重心O是上移了。因而跳高时采用背越式和跨越式的区别是：越过横杆时，人的重心分别在横杆的下方和上方，对某一运动员而言，他能将自己的重心提高的高度是一定的，因而对他来说跳高时，采用
5、背越式肯定比采有跨越式跳得高些。当然身体的柔软韧性越强，将身体弯曲的越厉害，重心就下移得越多，成绩就会越好，这就是跳高时背越式胜过跨越式的奥秘。当然，有时在世界大赛中也能看到俯卧式跳高，运动员也是将身体做成弓形，只不过是脸朝横杆，也是将重心下移，原理与背越相似。不过这种方法较背越式难为运动员掌握，因而采用的人较少。三、滑冰不知你是否注意到滑冰运动员冰鞋滑过的地方总会留下一道的“白线”，过一段时间“白线”又消失了，这是什么原因呢？原来冰鞋下面的冰刀和冰面的接触面积很小，人穿冰鞋在冰面上时对冰的压强很大，压强大时会使冰熔点下降，再加上摩擦生热，就会使冰刀下面所接触到的冰在较低的温度下熔化成水，因此
6、你所看到的“白线”实际上是冰化成的水，当冰刀滑过后由于压强又变小，因而水又会结成冰，这时“白线”自然就消失，这种现象在物理上被称为复冰现象。所以冰上运动实际上是由于有了水做润滑剂，大大减小了冰刀和冰面的摩擦，才能确保运动员在冰上得以高速运动。二、风筝的力学原理及制作风筝是我国最古老的一种民间艺术，放风筝是一项集休闲、健身及学习科学知识于一体的高雅娱乐活动，深受人民群众的喜爱，许多学校把“风筝的力学原理及制作”选为高中学生研究性学习的课题是非常恰当的。让我们从形状最基本的风筝说起。最简单的应是平板状的方形风筝了，这种风筝一般用两根长度不同的提线固定在风筝中轴上下适当的位置，使风筝在空中与风向成一
7、定的迎角，下方装有两根一定长度和宽度的尾条，如图1所示。让我们来分析风筝是如何上升以及保持姿态稳定的。一、风筝的上升图2是平板状的方形风筝在空中稳定时的受力示意图。风吹在风筝表面上，产生一个垂直于风筝面的压力F，这个力可以分解为水平方向的分力F2和竖直方向的分力F1。F2的作用是使风筝远离，F1的作用是使风筝上升，同理，风筝线的拉力T也可以分解为水平和竖直两个分力T1、T2。G为风筝的重力。当风速较大时，压力F较大，竖直方向满足F1T2+G即F1-T2-G0风筝上升。此时应该将风筝线放出，使水平方向满足F2T1，风筝远离。风筝上升到一定高度和距离，风筝线重力大大增加，使得拉力T大大增加，而且风
8、筝和竖直方向的角度减小，使得分力T2大大增加，当达到F1-T2-G0时风筝就不再上升，而是稳定在空中。风筝刚放飞时，地面附近风速常常较小，往往需要人为助跑来加大风的压力F以满足上升的条件，这里应用了相对运动的原理。二、风筝姿态的稳定图1所示的风筝如果没有尾条，在空中的姿态是很不稳定的，风筝面会以拉线方向为转动轴顺时针或逆时针方向转动或摇摆，若提线位置系得不合适，使得风筝的重心落在转动轴的上方，风筝还会头朝下颠倒过来，迅速栽向地面上。给平板状风筝加上适当重量、适当长度的尾条是使风筝状态达到稳定的有效方法。当风筝的身子转过一个角度时，尾条的方向由于所受重力和风力的方向不变而保持不变，从而产生使风筝
9、回复原来位置的力矩，图3为顺着拉线方向正视风筝时的示意图，F1、F2为重力和风产生的拉力的合力在风筝平面内的两个分力；L1、L2为二力到转动轴O点的力臂，产生的回复力矩为:M=M1+M2=F1L1+F2L2，可以看出，当风筝的身子偏转的角度在0。90。范围内时，力臂L1、L2随偏转角的增大而增大，从而保证了风筝姿态的稳定。保持风筝姿态稳定除了加尾条的方法外，还有利用类似于飞机垂直尾翼的原理，增加与风筝平面垂直方向的投影面积的方法，其做法一般都采取使风筝面翘起成孤形，如图4所示，S1为风筝有效的迎风面积，S2为等效的垂直尾翼面积。对飞机来说，当气流方向和机身长度方向一致时，垂直尾翼的迎风面积为零
10、，不产生回复力矩；当机身由于不稳定因素而产生以通过质心的竖直轴线为轴的偏转时，垂直于尾翼的迎风面积就不为零，气流将产生垂直于尾翼面的压力，形成回复力矩，使机身回到原来位置。同理，当风筝面以拉线方向为转动轴顺时针或逆时针方向转动或摇摆时，两侧空气将通过等效垂直尾翼面积产生对摇摆运动的阻力，同时迎面气流也将产生对垂直尾翼面积的压力，前者使摇摆减缓，后者产生回复力矩。当风筝在放飞时受到风力后风筝面会弯曲成弧形，称为软翅风筝；也有一些风筝在制作时，用线将风筝面事先拉成弧形，都是利用上述原理使风筝姿态稳定。三、风筝制作实例下面介绍风筝制作的几个典型实例，供同学们制作时参考。1、十字风筝这种风筝用横竖两根
11、竹条做骨架，横竹条长约45cm，宽厚均匀3mm，两头可稍薄；竖竹条长约62cm，宽厚均匀为3.5mm。蒙面材料可采用皮纸、塑料薄膜、尼龙绸等，若用纸质材料，应用细线包边，防止撕裂。在尾部粘上用蒙面材料做成的宽4cm，长约2.4m的长尾条，再将横竹条背面用细线拉紧，使风筝面变成弧形， 以增加飞行的稳定性。这种风筝姿态的稳定主要靠长长的尾条。提线用两根，大致位置见图5(a)。2、王字风筝这种风筝以用四根竹条扎成王字形而得名，基本结构如图5(b)所示；三根横向竹条长55cm（下方的一根也可略短），竖向竹条长50cm，4根竹条宽厚均为3.5mm左右，蒙面及两根尾巴的材料同十字风筝。风筝的飞行稳定依靠两
12、根长长的尾巴，可以将尾条尾端粘在一起，使在空中象只书包。提线用两根，位置如图示。3、三角风筝这种风筝设计巧妙，飞行状态象伞翼机，主要是靠风筝面向上拱起成弧形达到姿态稳定的见图6（c）。该种风筝用宽厚各3.5mm的三根竹条做骨架，另用一根粗细相仿的弹性竹条做背面的撑杆，一般用尼龙绸做蒙面。其设计巧妙之处，一是用布面代替提线，增大了等效垂直尾翼面积，增加了稳定性图6(a)；二是背面的弹性竹条可以随风力大小改变弯曲程度，从而改变风筝向上拱起的程度，风力大时，需要较高的稳定性，弹性竹条就弯得厉害，风筝向上拱起的程度增大图6(b)，这种风筝的缺点是风力太大时背面撑杆会弯过头，使迎风面积大幅度减小，升力骤
13、减，风筝会调头向下坠落，解决的办法是将背面撑杆改为稍短的无弹性硬杆，两端固定牢。风筝的尺寸为：等腰三角形两根腰杆长85cm，中线杆长60cm，背面撑杆长度可试验决定，等腰三角形的底边靠尼龙绸自身的强度，也可加上几根短尾条作装饰。三、菜刀上的力学原理 岁月在流逝，时光在荏苒，转眼间人类已从一个饱尽沧桑的旧世纪进入一个朝气蓬勃的新世纪，从原始人的汝毛饮血到现代的用着轻便的微波炉烹饪美味佳肴，从前古人怀着雄心壮志欲像鸟儿一般展翅飞翔的幻想，到至今人类真正能够冲出重霄实现梦想的飞机、宇宙飞等，这一切无一不说明着整个时代在进步，整个社会在向前发展，未来是那么神秘莫测！ 物理学，一门最贴近人们生活的学科，
14、在大多数人们心目它是一门复杂、纷繁的学问，在一些初涉物理的同学眼中，它就是一个解不开的迷团，其实不然，即使一些物理学家对于物理这一学问也不能说无所不知，就是这一高深莫测的学问，在生活中也是随处可见的，如：烧饭，运用了电能转化为热能；天平运用了杠杆平衡的原理，所以物理是我们了解生活最好的一门学科。 背景： 一天在厨房见妈妈拿着菜刀在砍骨头，只见妈妈拿着把菜刀，对着刀板上的骨头这儿敲敲，那儿剁剁，可那骨头却“冥顽不灵”。于是妈妈使劲往下一剁，这下可好，刀卡在骨头上了，着妈妈着急得样子，我突然想起物理课上教过的惯性，只要提起刀（卡有骨头），用力往刀板上砍，那么骨头便会断了，这是因为我们使劲把刀砍到刀
15、板时，骨头已静止了，可刀仍保持原来的运动状态往下砍，所以只要加快下去的速度，骨头就会断了，后来，我便教妈妈运用这一原理来砍骨头。 后来，我便想，现在市场上有各式各样的刀，那么哪些刀适合切水果，哪些刀适合砍骨头，哪些刀适合剁肉呢？还有当我们用同样一把刀的时候，不同的方法，手持不同的位置，施力的大小也不一样。所以为了更好地了解有关知识，我们便决定对有关菜刀上的力学问题进行一下研究。 具体实验： 1、首先，我们来了解一下有关菜刀上的杠杆问题。杠杆包括力臂、力和支点。力臂和力的乘积为力矩，当其中一个力矩的值固定时，另一个力矩的力臂越长那么所用的力越小，反之，则施力越大。经过对杠杆知识的巩固，接下来我们
16、将以实验来证明。我们先固定切物体的支点（即阻力矩是固定的），然后改变手握刀把的位置，从而来改变动力臂，看施力的情况（如图11） 具体实验如下： 实验工具：一般的菜刀一把，两块大小相同的土豆 实验经过：我们把土豆放在刀板上，把刀固定在刀把上，然后试着将手握着刀把的前端，然后用力向下切土豆，接着，再将手握着刀把的后端，然后再切第二块相同大小的土豆。 实验结果：我们发现将手放在刀把后端切土豆轻松。 接着，我们又做了另外一个实验，就是以刀尖为支点，然后改变阻力臂，看动力如何变化。 实验经过：把土豆放在离刀尖1/3处，手握住刀把的末端，用力把土豆切下，之后，不改变手握刀把的位置，而改变土豆放置的位置，将
17、其放离刀尖2/3处，然后用力把土豆切下。 实验结果：发现放在离刀尖1/3处时切土豆较易。 通过以上两个实验，我们可以得知，当阻力臂和阻力一定时，动力臂越长，动力越小，还有当阻力和动力臂一定时，阻力臂越大，所以我们今后在切东西时，最好选择一些刀身长一些的或将被切物放在离刀尖近一点的地方，这样便既省力、又方便。 2、接着，我们来研究一下有关菜刀上的压强问题，几乎所有的家庭中用的菜刀都是很锋利的，有的人家把刀用钝了，还要把磨刀师傅把刀磨尖了，难道钝的刀就不能切了吗？其实并不是不可以切东西，而是用钝刀切东西十分困难，既费力，又费时，不信，我们也来做一个实验。 实验工具：一把钝刀、一把锋利的刀、一块有很
18、多筋的肉。 实验经过：我们先用钝刀切肉，我一刀下去，虽然那一会低下去，可并没有断，我切了好几下才把肉切成两半，而我们再换一把锋利的刀，我便这么一刀下去，肉马上变成了两半。从以上实验和数据，我们可以知道，锋利的刀切东西十分方便，这是为什么呢？让我们来回想一下压强的相关内容。压强是单位面积上受到的压力。压强=压力/受力面积 由此公式我们可以知道压强和压力与接触面积有关，在施加的压力相等情况下，刀越钝，也就是刀锋与物体的接触面积越大，则压强就越小，想使压强变大，则就得增大所施力的力，所以就比较难切物体，而刀锋越利的，刀锋就越薄（即其与物体的接触面积越小，则压强就越大，那么物体就很容易被切断。我想，也
19、许不会有人愿意花许多时间，许多精力来切东西吧，所以，大家都选择刀锋锐利的菜刀来切东西，然而，也并不是所有的东西都用刀锋较薄的刀来切就容易。例如，砍骨头的时候，即使用很锋利的刀，可由于刀锋太薄了，等你砍下去之后，刀刃已经被扭曲，变形了，可骨头却还没有断，所以像砍骨头什么的，要用既锋利但刀面又要宽，刀刃要较厚的，剁肉泥要用锋利的菜刀，切黄瓜、土豆等，则选用一些刀声、刀身较长，刀面较窄的刀，这样正确地选择用刀可以节约时间，也可以省去我们花太多的力，所以现在有些人家里的厨房里常常能看到一组刀具大概也就是这个原因。 接着，再让我们来研究一下有关力的分解的问题，例如砍木材我们一般是用斧头，虽然它并不锋利，
20、假如我们用一般切西瓜的那种很锋利的刀来切，那是十分困难的，因为它的刀刃太薄，不能把木材胀开，砍木材时刀面与木材之间的摩擦力太大，使得刀不能继续往下砍，因此人很难克服这个摩擦力使木材砍断；而用斧头容易是因为它的刀侧成三角形（如图12）， 所以在我们施力砍下去时，形成两个与F等效的分力F1和F2（即三角形的刀刃使得原本竖直向下的力改成了向两边的力），且这两个力远大于木材之间的纤维的相互作用力以至于可以把木材胀开，因此，可以很方便就将木材砍断。 最后，再来了解一下关于能的问题，当我们锯木头的时候，手总是拉着锯在木头上来回锯，而不是垂直木头往下锯，是因为垂直向下锯所需的力必须很大，而来回锯 W=F*S
21、因为所以来回锯可以增大了它的位移，而所做的功是一定的，那么所需的力便小了。 通过这次研究，使我们对力学上的问题有了更深异步的了解，可有关菜刀上的力学问题还有很多，我们只研究了其中的一小部分，其他就有待今后的人再进一步的研究，其实，平时我们只要多思考、多留心、多发现，周围有趣的有意义的现象还有很多，所以，我们要学好这门与我们生活息息相关的学科物理，去发现研究至今仍未解开的谜。 四、汽车上的新型刹车装置-ABS系统自行车中的力学原理汽车上的新型刹车装置-ABS系统车轮和地面发生滑动摩擦，与车轮还在转动刹车片与轮盘发生滑动摩擦，这两种情况都可以使车停下来。这两种刹车方式各有利弊。 情况一：车轮停转，
22、车轮与地面发生滑动摩擦。 利：就刹车的速度来说，这种刹车较快。因为它是直接让汽车运动的车轮停下。 弊： 1因为当车正在急速行驶时，如果车轮立刻停止转动，由于惯性较大，车一定会沿原方向向前直线滑行一段距离-假设车在滑行中不受侧向力。 但在现实中这是不太可能的。滑行中的汽车只要在轻微的侧向力作用下（比如倾斜的路面、地上的一块小石头、轮胎磨损不均等），就会发生侧滑，甚至完全掉头。（如果是超速行驶或是大型机动车发生类似状况时，更有可能因重心不稳而导致翻车或与路旁建筑物相撞等交通事故。） 这种情况在恶劣路面，雨雪天气里尤其严重。 2驶我在弯道上，或前方有障碍物时，由于车轮被抱死，汽车丧失转向能力，这时转
23、动方向盘虽然也能带动前轮转向，但由于车轮缺乏附着使汽车无法转向。导致交通事故的发生。 3对车的保养及零件损坏来讲。第一种方法会使零件被过快磨损。如不及时发现和修理都会酿成危险事故。 情况二：车轮还在转动，刹车片与轮盘发生滑动摩擦 利： 1可在刹车过程中掌握方向，比较安全。 2比第一重情况不容易发生侧滑和甩尾。 弊：制动效果差。不能令车很快停下来。鉴于以上几点，汽车工程师们为制造高质量、高安全的车子。尤其是考虑到汽车刹车时的安全性和制动效果，给汽车上采用了新的装置-ABS防抱死系统。ABS防抱死系统地直被认为是具有革命意义的安全装置，近年来正迅速普及，生产ABS的最大厂商TTT公司预计，到本世纪
24、末下世纪初，ABS可能成为每一辆汽车上的标准装置。 ABS，是英文Anti-lock Brakes的缩写，中文意思为防抱死制动装置，顾名思义，就是制动时防止车轮抱死的装置 ABS的工作原理是：当车轮制动时，安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死，并将信号传给电脑，对抱死的车轮，电脑马上降低该车轮的制动力，车轮又继续转动，转动到一定程度，电脑又再次施加制动，保证车轮既受到制动又不致抱死，这样不断重复，直至汽车完全停下来。电脑能在一秒钟之间对车轮进行几百次的检测，并同时对制动系统进行数十次的操纵。 ABS防抱死系统的特点主要有以下4个 1、动时的稳定性 ABS可防止四个轮子制动时被完全抱死，从
25、而提高了汽车在制动过程中的稳定性。 安装ABS的汽车制动性得到显著改善，交通事故也因此有所下降。NHTSA根据交通事故统计分析表明：装有ABS的汽车翻车事故减少30%40%；在干燥的公路上，能减少大约24%的车祸；在湿地或雪地上，能减少大约15%的事故；与行人和骑自行车者相撞的事故降低了27%。 2、能缩短制动距离 在紧急制动的状态下，ABS能使车轮处于既滚动又拖动的状况，拖动比例占20%左右，这是轮胎与地面的摩擦力最大，即说为的最价制动点或区域。普通制动系统无法达到这一点。 经研究证明，汽车制动时，车轮边滚动边滑动，当滑移率保持在10%20%之间时(车轮抱死的滑移率为100%)，便可获得较大
26、的附着系数，汽车埏人有较好的制动性。ABS以地制动系统进行检探，很容易就能实现这个要求。美国国家高速公路交通安全委员会(NHTSA)曾进行过一项试验，使用专业驾驶员来测试装上ABS后对汽车性能和方向控制方面的影响，在除了砂砾路面以外的所有路面上，ABS的制动距离均短于或等于不装ABS的汽车制动距离。 3、防止轮胎过度磨损 经测定，汽车在紧急制动时车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费，已超过一套防抱死制动系统的造价。 4、使用方便，工作可靠 ABS系统的使用与普通制动系统的使用几乎没有什么不同，制动时只要把脚踏在制动板上进行正常的制动即可。遇到雨雪路滑，驾驶员再也没有必要用一连串的点刹车方式进行制动，
27、ABS会使制动保持在最佳点。而且装有ABS的汽车在制动后仍然能受控行驶。系统工作十分可靠，并有自诊断能力。 安装ABS的汽车显著改善了汽车的制动性，交通事故也因此有所下降。NHTSA根据交通事故统计分析表明：装有ABS的汽车翻车事故减少30%40%；在干燥的公路上，能减少大约24%的车祸；在湿地或雪地上，能减少大约15%的事故；与行人和骑自行车者相撞的事故降低了27%。 自行车中的力学原理自行车是我们日常生活中极其常见的一种交通工具。它的出现距今已有百余年的历史。最早的自行车是由法国人西夫拉克发明的，它没有传动系统，靠两脚蹬地向前滑行，最快只能达到时速20公里。后来苏格兰人皮埃尔发明了前轮带脚
28、蹬的自行车。第一辆现代意义的自行车出现在19世纪末的英国，后由传教士带入中国。据统计目前中国有大约五亿辆自行车。 左图为自行车的基本结构1:前轮 2:辐条 3:花鼓 4:前叉 5:前刹 6:钢索 7:刹车及变速把手 8:车把 9:竖杆 10:车架 11:前变速 12:车座杆 13:车座 14:后刹 15:货架 16:飞轮 17:反光镜 18:后轮 19:后变速 20:脚撑 21:气门 22:后轮 23:链条24:轮盘 25:脚踏 26:曲柄 *几个重要的概念： 传动装置：包括主动齿轮（轮盘）、被动齿轮（飞轮）、链条及变速器。 齿轮比：主动齿轮（轮盘）与被动齿轮（飞轮）的齿数之比； 传动比：齿轮
29、比乘以后轮的直径； 传动行程：传动比再乘以圆周率即为传动行程，即每蹬踏一周单车前进的距离。*自行车运动力学 自行车运动是一种半机械化运动。人们应掌握一定的机械原理和力学知识，有效地利用传动速比，合理掌握运动强度，巧妙节省体能消耗，从而以充沛的体力，达到高效的运动自行车传动 自行车是传动式机械，它的传动装置包括主动齿轮、被动齿轮、链条及变速器等。齿轮比与传动比关系着自行车的使用效率。后轮运转实质在于：在链条传动下的飞轮带动后轮转动，飞轮与后轮具有相同的角速度，而后轮半径远大于齿轮半径，由线速度增大，提高了车速。齿轮比:主动轮对被动轮的齿数之比为齿轮比。如果两个齿轮的齿数相同，那末踏蹬一周，两个齿
30、轮和后轮都各旋转一周。假如主动齿轮的齿数大于被动齿轮的齿数，那么每踏蹬一周，被动齿轮转的圈数就大于一周多，速度加大。因此，齿轮比与主动轮的齿数成正比，与被动齿轮的齿数成反比。以g代表齿轮比，c代表主动齿轮的齿数，f代表被动齿轮的齿数，它们之间的关系用公式表示，即：g=c/f例如：赛车轮盘为49齿，飞轮为14齿，即可求出齿轮比为: g=c/f=49/14=3.5 也就是说蹬踏轮盘一周，飞轮转三周半。 后轮小齿轮盘大齿轮盘踏板大小齿轮之间用链条相连，则大小齿轮盘沿线速度大小相同，而小齿轮和后轮之间通过轮轴相连，他们的角速度则由，设后轮沿速度为，则=我们通过进一步研究可知人踩踏板速度V和后轮转动速度
31、之间关系，踏板和大齿轮盘同轴，则 则由 故 传动比（传动系数）：齿轮比乘以后圈直径即为传动比。以d代表传动比，b代表后圈直径，它们之间关系用公式表示，即：d=c/fb=gb由此可见，齿轮比确定之后，传动比是与后圈直径成正比的。例如：轮盘为49齿，飞轮为14齿，后圈直径为27寸（一般习惯用英寸），代人公式即可求出传动比： d=c/fb=49/1427 = 3.527 94.5 传动行程:每踏蹬一周，车子向前运动的距离则为传动行程，也叫速比行程。其计算方法是传动比乘以圆周率。以 m代表传动行程，;代表圆周率（此为常数，314），它 们之间关系用公式来表示。即m=c/fb例如，赛车轮盘为49齿，飞轮
32、为14齿,后轮真径为27寸,求它行程距离时,代人公式： m=c/fb=49/14273.142.54 =754CM以上数据是自行车每踏蹬一周，车子向前行进行745cm, 即 7.54m. 变速自行车是通过调整齿轮比来达到变速目的。速度计算V=S/TS=VT T=S/V空气阻力 车子向前进,必须借助于一定的力量。人每踏蹬一周的力量，叫前进力，也叫向前推力。前进力与用力、传动比、曲柄（即中轴到脚蹬的连杆）长有关。以Y代表前进力，Q代表踏蹬力量，I代表曲柄长度，D代表传动比，它们之间的关系用公式表示则为YQI/D前进力（Y）与踏蹬力量（Q），曲柄长度（I）成正比,与传动系数（D）则成反比。例如：传动
33、系数为94.5，曲柄长度为7英寸，踏蹬力量为25公斤力，前进力则为：Y=QI/D=257/94.5=1.85公斤力 人们骑车向前进时，必须突破空气阻力，这就需要力量。不同风级所产生的风速，和垂直风向每平方米所受到的压力均不相同，只有克服这些因素，车子才能向前行驶。如：无风骑行时受风面积为0.5平方米，自行车前进速度为每小时40公里，空气对人们的压力为5.5公斤力。因此，人们必须用大于5.5公斤的前进力才能使车子前进。当运动员以自己全部体重在踏蹬点上，那么所产生的前进力是多大呢（暂不计算车子摩擦部分所消耗的力量）？例如：一运动员体重70公斤，自行车曲柄长度7寸，传动比为94.5，所产生的前进力是
34、：Y=QI/D=707/94.5=5.19公斤。前进力是5.19公斤力，遇到六级风的阻力是0.5平方米为5.5公斤，运动员使用全部力量车子前进力才有5.19公斤/0.5平方米，仍小于六级风的阻力。所以，在六级风的情况下运用94.5的传动系数的运动员是很难骑车前进的。就必须改变传动系数。风级表风级风名风速米/秒风速公里/寸在垂直于风向的每平方米上所受到的压力kg1软风140.12轻风2.590.53微风4.51624和风6.52345清风8.53166强风1140117疾风1450178大风1760259烈风20723610狂风23844711暴风27976412飓风29以上105以上74以上自
35、行车身上的力学知识自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的身上运用了许多力学知识，1力和运动的应用(1)减小与增大摩擦。车的前轴、中轴及后轴均采用滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。自行车的车胎、车把套、踏板等处都刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，滚动摩擦变为滑动摩擦，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。(2)弹簧的减震作用。车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用 以减小震动。因而坐在车后的货架上的人会比坐在车前坐垫上的人震动剧烈。2压强知识的应用(
36、1)自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。(2)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，使人骑车不易感到疲劳。(3) 自行车的内胎充入了大量的空气，它是支撑车身的主力。当充入车胎内气体不充足时，胎内压强小于外界压强，由P=F/S，F一定，而压强P减小，车胎与地面接触面积S增大。从而使原来的滚动变为与地面滑动，摩擦力增加，影响到车的行驶速度。反之，当胎内气体充足时，骑车时就可达到轻而快的效果。3简单机械知识的应用自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴，实质为一个省力杠杆自行车的飞轮
37、也相当于一个省力的轮轴。一个车轮上共有根辐丝，构成一个网状结构，当给轮胎施加竖直向下的压力时，车竖直方向上的上下各六根辐丝受到压力，而水平方向上的辐丝也受力。做实验可知，当用力压轮胎时，轮胎几乎没有变形，而抽去轮胎水平方向两侧的辐丝，再用力压轮胎，轮胎在竖直方向会被压扁。因此自行车的轮胎选用了辐丝交叉的方法，使整个车轮稳固，可分散受力，避免因巨大外力导致车轮扭曲变形。4功能的知识运用 人们在骑自行车上较陡的坡时，往往走“S”形路线，这是根据功的原理。坡长相当于斜面长，坡高相当于斜面高，根据功的原理：W1W2，即FLGh，可看出，斜面长L是斜面高h的几倍，所用的力F就是重力G的几分之一，所以，在
38、高度h不变的情况下，斜面越长越省力，走“S”形路线是为了增大斜面长，从而能使用较小的力顺利上坡。5惯性快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮会跳起来。前轮受到阻力而突然停止运动，但人和后轮没有受到阻力，由于惯性，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以车体会以前轮与地面的接触点为支点做转动。速度越大则转动幅度越大。因此下坡或高速行驶时，要先刹后刹，再刹前刹；或前后刹一起刹，决不能单独用自行车的前刹刹车，否则会出现翻车事故。自行车转弯时，为克服离心力，人的身体通常会有意向转弯方向倾斜，而且同时要减速，使摩擦力足够提供向心力。减速时后刹不宜使用过猛，否则车子可能掉头或滑倒。*关于折叠自行车 现有
39、小轮自行车受传动比的限制，速度达不到普通英寸自行车的水平，难以满足成人代步的要求，只能供少年儿童使用。于是，当小轮踏板摩托车、电动踏板车风靡都市，人们仍然只能骑着笨重的英寸的自行车艰难前行。而微型折叠自行车的出现，解决了小轮自行车受传动比限制的技术难题，使小轮自行车不但体积小、重量轻而且速度快，十分便于骑行、携带和存放。该车使用单列向心球轴承、辐板结构等，12英寸样车的速度与英寸自行车相同，骑行操控性、舒适性、安全性均非常令人满意，完全可满足成人代步需要，该车重量只有公斤，成本大大低于普通英寸自行车，开发形成系列产品后，极有潜力在城市部分取代英寸自行车。 电与生活五、电视机的历史和原理1900
40、年，电视（Television）这个词首次出现。电视诞生是20世纪最伟大的事件之一，历史将记住它的发明者的名字 一位14岁的美国少年，名字叫费罗T法恩斯沃斯（Philo T.Farnsworth）。 在法恩斯沃斯之前，英国科学家约翰洛吉贝尔德（J.L.Baird,18881946）一直致力于用机械扫描法传输电视图像。1925年10月2日，他终于制造出了第一台能传输图像的机械式电视机，这就是电视的雏形。尽管画面上木偶面部很模糊，噪音也很大，但能在一个不起眼的黑盒子中看到栩栩如生的图像，仍引起了人们极大的兴趣。刚问世的电视被称为“神奇魔盒”。电视这个词在不同的环境下有不同的内涵和外延。通常有以下三
41、种意思： 指将连续的、动态的图象和声音转换为电子信号，并通过各种渠道传输电子信号，然后再将电子信号还原为图象和声音的技术； 指接收这种电子信号的设备，即可以接收并还原电子信号为活动的、连续的图象和声音的装置，通称电视接收机，简称电视机； 一种特别的社会文化现象，特指人与人之间、人群和人群之间、人群与人之间使用电视作为传播载体进行信息交流、信息传播的一种过程，诸如电视节目的制作、电视信号的传输、电视信号的接收和观众对于电视节目内容的评判和反馈等的各个方面。电视的历史是十分复杂的。因为在同一个时期，我们会发现有不同的人在做着不同或者相同的研究。所以，为了便于理解便将历史分为四个部分。这四个部分并非
42、是独立的。大家在阅读的过程中会发现他们有许多的重叠之处。请记住，这种划分并不是事实，而只是理论上的划分。机械式电视贝尔德是主张以机械扫描方法研制电视的代表。1928年开发出第一台彩色电视机，1930年他的系统开始有声电视节目试播，让人们感同身临其境，使“秀才不出门，能知天下事”的古老寓言成为现实。因此，贝尔德被称为“电视之父”。他于1946年去世。如果说20世纪2030年代间电视领域曾一度是贝尔德的天下的话，那么在30年代，他遇到了强劲的对手费罗法恩斯沃斯。电子式电视 早在20年代贝尔德沉溺于机械制造方法时，1921年有个正在家乡耕作土豆田的14岁少年神不守舍地考虑着一个难题：怎样设计一个新颖
43、的收音机、使它能够把移动的画面与声音一起传送？法恩斯沃斯阅读了所有他能找到的介绍“机械电视”成果的资料，构思着一个完全不同的途径。他设想把观看的屏幕划分成许多长条，就像耕田时的垄沟一样，让电流沿长条的各点形成黑白区域。当这些长条互相紧密叠加起来时，他认为就可以使它们“画”出一幅图像，犹如农户们有时候在他们培育的牧场上规划出的几何图形。令人惊奇的是，后来证明这一装置要比专家们搞出来的东西好得多；事实上，这种装置至今仍没有失去它的使用价值法恩斯沃斯于1906年8月19日出生于美国犹他州的农家，幼年的法恩斯沃斯就表现出早慧的迹象。他对见过的任何机械装置具有摄影般的记忆力和天生的理解力法恩斯沃斯的父母
44、不断搬家以寻找较理想的土地居住。当他们在爱达荷州定居下来之后，11岁的费罗得知他的新家装有输电线后，欣喜若狂。他在家里的屋顶阁楼上发现了成捆的科技方面的旧杂志，开始了自学并决心当个发明家。法恩斯沃斯开始认真地考虑研制电视。他几乎是从本能上意识到用机械装置传送图像是不可行的。这名年轻人还有一个直觉，即令他感到新奇的物理学领域电子学的研究有可能掌握着解决这一问题的答案。无论如何，电子能够以机械装置不可比拟的速度移动，这就可使图像清晰得多，并且意味着不需要活动元件。他由此推理，如果一个画面能转换成电子流，那么就能像无线电波一样在空间传播，最后再由接收机重新聚合成图像。从本质上看这是个相当简单的主意，
45、但如此简单的想法却似乎没有任何人想到。以美国科学家法恩斯沃斯为代表的一派，异于贝尔德而另树一帜，坚持只有采用最新发明的电子设备、光电管及阴极射线管才能获得成功。他于1927年成功地用电子技术传送图像，1928年发明了电子图像分解摄像机。1929年成立法恩斯沃斯电视股份有限公司，1937年他的电子电视系统成功地击败贝尔德、使贝尔德的机械扫描电视装置被淘汰，从而确定了电子电视系统的垄断地位。这时真正意义上的现代电视诞生了当美国专利局终于认定法恩斯沃斯应该是电视的所有主要专利的持有者时，已经到了30年代后期，这对法恩斯沃斯已太迟了，他的资金差不多耗尽了。随着第二次世界大战的逼近，联邦政府不久即宣布暂停发展电视工业。这样一来，不得
