《自行车上的物理知识校本课题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自行车上的物理知识校本课题.doc（7页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、“自行车上的物理知识”校本课题结题报告研究单位：松阳一中高一（3）班课题组组 长：杨日青 成 员：程 晨 潘 敏 李关松 雷泽华 陈佳怡指导老师：刘文怀项目所属：物 理“自行车上的物理知识”校本课题结题报告一、 课题确立的背景：我国是一个人口大国,自行车作为一种交通工具，既轻便、环保，又可以健身，深受人们的青睐，中国老百姓拥有5亿多辆自行车。年出口达到2000万辆，从某种意义上来说，中国是一个自行车王国，每天清晨和落日时分，滚滚车流在中国的城市中碾动，这是最为壮观的一道风景，这是一条现代中国流动的长城。自行车与我们如此的贴近，与我们的生活密不可分。它与我们学习的知识有什么联系、有什么物理原理、
2、包含什么物理规律，许多秘密等待着我们揭开，兴趣、热情使我们学习小组经过讨论之后，确立本次研究性学习的主题：自行车上的物理知识。二、确立研究目的：（1）提高在日常生活中发现科学原理的能力（2）自己用科学知识改进日用品的能力（3）提高自己观察，收集信息的能力（4）培养创新能力，设计改装自行车（5）让我们初步掌握社会调查研究方法，了解学术研究的基本程序和规范，培养对于学术研究和初步兴趣，体验学术研究的成就感，初步养成良好的学术品质。三、制定研究计划：（1）课题研究阶段（2012年2月1日2月3日）阶段一：确定要调查的课题，制定计划及主要任务；分析课题的可行性及研究范围；明确将要调查的对象阶段二：研究
3、实物，外出采访自行车摊的师傅，并作记录，调查自行车流行现状，全面搜索第一手资料。阶段三：查找相关的资料，进一步的试验探究，整理资料及数据阶段四：总结活动的感想和体会（2）课题实验研究本着从生活中寻找科学，在科学中发现乐趣的理念，学习，研究，改进，培养我们自主学习的能力与创新思维，得到独立锻炼的机会，增强社会合作能力，激发了我们科学探究精神，学到课本没有的知识，更好的从物理角度理解自行车。四、研究的具体内容（1）自行车的相关历史（2）自行车上的物理知识（3）自行车的结构和功能，杠杆知识（4）自行车上的摩擦知识（5）自行车的设计和改造，并分析自行车前后轮静摩擦力问题五、课题研究的实施过程在这次非常
4、有意义的研究性学习活动中，我们小组的所有成员都亲自参与，仔细观察，认真思考，敢于提问，并且努力总结，同时培养了我们与他人合作的精神，丰富了我们的知识，让我们深刻的感受到了通过自己的研究得到研究结果的乐趣。同时，锻炼了我们搜集，整理，分析信息和资料的能力，发现了我们的潜能和价值，增强了自信。对这次通过自己努力取得的结果，我们感到十分满意，也乐在其中。当然，在这次活动中还有很多不完善的地方，但我们想，至少我们用心，用汗水，用自己的智慧去经历了。主要内容：（一）、自行车的历史 自世界上第一辆自行车问世至今已有200多年的历史了。18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的，
5、其结构比较简单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方面时也只能下车搬动车子。即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时，在场的人也都颇为惊异和赞叹。1817年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。这是世界上第一批真正实用型的自行车。自行车虽然诞生于欧洲，但20世纪却在亚洲获得了前所未有的普及和发展。二次世界大战后，自行车在日本快速的发展起来，后因需要转至台湾，使台湾的自行车业得到了迅猛的发展，并一度成了亚洲的领导者，现台湾的自行车制造业还是个中翘楚！我们选择常用自行车配件质量较好的大部分还是台资企业生产。自行车发展的目的也从最早的娱乐用途变为交通
6、代步及休闲运动用途，休闲及竞赛领域的发展使自行车研发工作不断的精益求精，以满足求更好成绩表现选手们的需求。（二）、自行车的结构和功能自行车结构虽不复杂，但是每一部分的设计都有着丰富的物理原理。要研究自行车，首先要研究的便是自行车的基本结构。下面，我们通过图文结合的方式来了解下自行车的基本结构。以上这些结构当中的物理原理不计其数，在这里我们举了以下三个例子：1、自行车的车座为何设计成马鞍型？答：因为这样可以增大人与车座的接触面积，减小车座对人的压强，人骑车时感到舒服，骑车不易感到疲劳。2、车坐下的弹簧有什么作用？答：弹簧可以起到减震作用。3、自行车的手把、脚踏板、轮胎等处，为什么会做有凹凸不平的
7、花纹？答：这些凹凸不平的花纹可以通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦。（三）、自行车上的物理知识1、自行车的轱辘用的是滚动摩擦力前进，气打足了，滚动摩擦系数增大了，自行车也就好骑了。 2、自行车能前进，是依靠滚动陀螺原理，即在运动中找平衡比静止找平衡更容易。 3、变速的自行车，在低档的时候腿蹬的距离很大可以获得很大的力量但速度慢，在高档的时候腿蹬的距离很小但速度很快，这是由功率、力与距离之间的关系决定的。首先要理解一个力作用到（大块）物体上会产生什么效果。一个力作用到（大块）物体上，等效于一个同样大小和方向的力作用在这个物体的质心上和一个力偶。这个力偶会使物体发生滚动。现在分析自行车转弯时受到的
8、力。一个是摩擦力，作用在轮子和地面的接触点。它产生的力偶会使自行车向外翻转。第二个是重力，作用在质心上，力偶为零。第三个是地面对自行车的支撑力，和重力大小相等方向相反，也是作用在轮子和地面的接触点。如果转弯时保持竖直状态，支撑力就通过质心，力偶也为零。这样三个力等效结果是一个通过质心的力使自行车转弯，一个力偶使自行车向外翻转。如果身体向转弯一边倾斜，支撑力就不通过质心，支撑力就会提供一个使自行车向内翻转的力偶。当这个力偶和摩擦力的力偶大小相等时，自行车就不会翻倒。（四）、自行车上的摩擦知识（1）自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，并且使用摩擦大的材料，增大摩擦力。（2）车轴处
9、经常上一些润滑油，以减小接触面粗糙程度，来减小摩擦力。（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。（4）刹车时，用力捏紧车闸，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力。（5）紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向向前，是自行车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向向后，是自行车前进的阻力；自行车靠惯性前进时，前后轮受到的摩擦力方向均向后，这两个力均是自行车前进的阻力。（五）、自行车前后轮静摩擦力前轮向后，后轮向前从动轮和驱动轮在行驶的时候受到的力的作用效果不一样，从动轮受到的推力作用在轮子的轴线上，力的作用效果使轮子平动，如果地面绝对光滑，轮子就在地面上滑动，和地面接触的点相对于
10、地面有向前运动的趋势，所以如果地面粗糙，受到的摩擦力向后，而且由于力的方向不通过轴心，所以拉动轮子转动驱动轮的轴由于驱动齿轮结构，驱动时受力的作用效果是使轮子转动，和地面接触的点相对于地面有向后运动的趋势，如果地面绝对光滑，轮子就会在原地打滑，如果地面粗糙，受到的摩擦力是向前的。简单的说就像人的行走，奔跑用钉子鞋一样有向后“耙地”，所以受到的摩擦力向前。简单的说就像人的行走，奔跑用钉子鞋一样有向后“耙地”，所以受到的摩擦力向前。自行车与汽车相类似，当后轮吃到动力-自行车是用脚蹬踏脚板，汽车是靠发动机传来的动力，使后轮向前进方向转动，它们的轮子在与地面的接触处，相对于地面的运动方向是向后的，这样
11、一来，地面对车轮产生了一个阻碍车轮向后滑动的而方向向前的摩察力，正因为有了这个摩察力，才使得自行车也好，汽车也好能够前进，如果你把车子的后轮填高让它离开地面，你用再大的劲去蹬踏板，后轮转得再欢，车子也不会前进半步，所以后轮受到的方向向前的摩擦力其实质是驱动车子前进的动力；那么前轮的情况如何呢？设想把前轮，用刹车制动，即不让它转，这样由于车身前进，它将跟车身一起向前滑动，于是前轮跟地面的接触点相对地面有向前滑动的趋势，这样的话，地面对前轮产生了一个阻碍车轮向前滑动的方向向后的摩擦力，也正因为前轮受到方向向后的摩擦力，所以前轮才转动了起来。再有，一旦后轮的动力切除，后轮的情况变得跟前轮的情况一样，
12、所受的摩擦力方向马上变成了向后，对这一点也应引起注意。当被问起自行车在运动过程中，前后两轮受到的摩擦力方向如何时，有同学回答说两轮方向一致，且都向前，因为前后两轮转动方向一致，所以地面给它们的摩擦力都向前。此话乍说觉得有道理，可实际分析起来却并非如此。 要弄清这个问题，首先要正确理解摩擦力的概念。摩擦力产生于相互接触的有相对运动的两个物体间，且阻碍物体的这种相对运动。要使车轮与地面产生相对运动，首先必须有力作用在车轮上，这个力即脚施于踏板的力。正是由于这个力作用才使后轮逆时针转动，此时后轮与地面间产生相对运动，而摩擦力就是阻碍这种运动的。因此，后轮受到的摩擦力向前。 那么，前轮的情况怎样呢？不
13、难看出，前轮是受后轮驱动才有向前运动的趋势的，正因为如此，地面才给前轮向后的摩擦力，由此可见，两轮受到摩擦力方向不同， 人们将后轮称为主动轮，将前轮称为从动轮。当被问起自行车在运动过程中，前后两轮受到的摩擦力方向如何时，有同学回答说两轮方向一致，且都向前，因为前后两轮转动方向一致，所以地面给它们的摩擦力都向前。此话乍说觉得有道理，可实际分析起来却并非如此。 要弄清这个问题，首先要正确理解摩擦力的概念。摩擦力产生于相互接触的有相对运动的两个物体间，且阻碍物体的这种相对运动。要使车轮与地面产生相对运动，首先必须有力作用在车轮上，这个力即脚施于踏板的力。正是由于这个力作用才使后轮逆时针转动，此时后轮
14、与地面间产生相对运动，而摩擦力就是阻碍这种运动的。因此，后轮受到的摩擦力向前。 那么，前轮的情况怎样呢？不难看出，前轮是受后轮驱动才有向前运动的趋势的，正因为如此，地面才给前轮向后的摩擦力，由此可见，两轮受到摩擦力方向不同， 人们将后轮称为主动轮，将前轮称为从动轮。 推车时，前后轮转动都是因为受到地面给它们施加的摩擦力的作用，即前后轮都有相对地面向前运动的趋势，所以地面对前轮的摩擦力和对后轮的摩擦力都向后。 骑车时，人通过链条给后轮一个力，使后轮转动，假设地面光滑，则后轮会向前加速转动，说明后轮有相对地面向后转动的趋势，所以地面对后轮的摩擦力向前。前轮转动是因为受到力的作用，假设地面光滑，前轮就不会转动，所以地面对前轮的摩擦力向后。 （判断摩擦力方向时，可以假设接触面光滑，这时物体的运动方向就是它的运动趋势方向 。自行车是最普通的交通工具，设计者匠心独运，设计出各式各样的自行车，让我们的世界变得五彩缤纷。为适应现代人的快节奏生活，种种电动自行车应运而生。不管是什么样的自行车，它总是蕴含了大量的物理知识和物理原理，是典型的科学知识与日常生活相结合的实例，是物理知识和物理规律在实际生活应用的例子。现代生活与科学知识密不可分，通过本课题的研究，使我们懂得学好科学知识对于未来的学习和发展是多么的重要。
