自行车上的物理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

自行车上物理自行车上物理第1页开场白大千世界，物理现象及其应用随地可见：从天上风筝飞鸟飞机乃至火箭航天飞机卫星银河系到水上帆船水中游鱼地下石油勘探地壳运动。但今天我们不说水中月镜中花(平面镜成像),不说那漂亮彩虹霓虹灯，也不说那肥皂泡五光十色;不谈花香为何扑鼻,不谈水中铅笔变弯，不说奇妙海市蜃楼，不谈死海不死，不说蝙蝠捕食，也不说为何北半球水涡逆时针方向旋转而南半球却是顺时针，不说那壮观钱塘江潮，不谈电闪与雷鸣，不说黑洞,不说红外线加热红外线遥感，不说全息摄影-我们只说自行车第2页自行车在街上随地可见，不过你天天看见天天骑，你对这种轻便无污染交通工具了解多少？现在先让我们重新认识一下自行车:左图为自行车基本结构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:车座杆第3页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*几个主要概念：传动装置：包含主动齿轮（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）齿数之比；传动比：齿轮比乘以后轮直径；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距离。第4页自行车运动力学自行车传动 自行车是传动式机械，它传动装置包含主动齿轮、被动齿轮、链条及变速器等。齿轮比与传动比关系着自行车使用效率。后轮运转实质在于：在链条传动下飞轮带动后轮转动，飞轮与后轮含有相同角速度，而后轮半径远大于齿轮半径，由线速度增大，提升了车速。第5页齿轮比齿轮比动轮对被动轮齿数之比为齿轮比。以g代表齿轮比，c代表主动齿轮齿数，f代表被动齿轮齿数，它们之间关系用公式表示，即：g=c/f假如两个齿轮齿数相同，那末踏蹬一周，两个齿轮和后轮都各旋转一周。假如主动齿轮齿数大于被动齿轮齿数，那么每踏蹬一周，被动齿轮转圈数就大于一周，速度加大。第6页大齿轮盘小 齿 轮盘后轮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经过轮轴固定，他们角速度第7页则由，设后轮沿速度为=,则我们经过深入研究可知人踩踏板速度V和后轮转动速度之间关系，踏板和大齿轮盘同轴，则 则由 故 第8页传动比（传动系数）及传动行程传动比（传动系数）及传动行程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。每踏蹬一周，车子向前运动距离则为传动行程，也叫速比行程。以s代表传动行程则 s=c/fb自行车变速道理后轮转动是经过链条把中轴、后轴上链轮飞齿轮相连带动，两轮每个齿与各链条间孔对应，大齿轮转过一个齿，齿轮也一定转过一个齿，绝不可能打滑。变速自行车是经过调整齿轮比来到达变速目标:变速自行车中，中轴链轮上有几个直径不一样、齿数不一样齿盘，后轴飞轮有几个直径、齿数不一样齿盘，选择不一样齿数齿轮，经过链条相连带动，后轮转动快慢就改变了。第9页 车子向前进,必须借助于一定力量。人每踏蹬一周力量，叫前进力，也叫向前推力。前进力与用力、传动比、曲柄（即中轴到脚蹬连杆）长相关。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，则有YQI/D常见自行车轮直径有559mm（22英寸）、610mm（24英寸）、660mm（26英寸）、711mm（28英寸）。骑28寸比24寸车费劲一些，但速度快，因为28寸车轮半径大，轮子每转一圈走距离长一些，故速度快；半径大使轮轴轴半径大，故费劲自行车车架利用了三角形最稳定性质，巧妙地分解了其所受到力作用。第10页不过，也有一些自行车取消了传统自行车横杆或是进行了其它改造，但实际上它们依然利用了三角形性质。第11页一个车轮上共有根辐丝，组成一个网状结构，当给轮胎施加竖直向下压力时，车竖直方向上上下各六根辐丝受到压力，而水平方向上辐丝也受力。做试验可知，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辐丝，再用力压轮胎，轮胎在竖直方向会被压扁。所以自行车轮胎选取了辐丝交叉方法，使整个车轮稳固，可分散受力，防止因巨大外力造成车轮扭曲变形。人们在骑自行车上较陡坡时，往往走“S”形路线，这是依据功原理。坡长相当于斜面长，坡高相当于斜面高，依据功原理：W1W2，即FLGh，可看出，斜面长L是斜面高h几倍，所用力F就是重力G几分之一，所以，在高度h不变情况下，斜面越长越省力，走“S”形路线是为了增大斜面长，从而能使用较小力顺利上坡。第12页摩擦摩擦摩擦力应用摩擦力应用自行车自行车为何能前进？为何能前进？压力越大，摩擦力越大压力越大，摩擦力越大自行车为何能停顿自行车为何能停顿？自行车也和其它车辆一样，是靠车轮与地面摩擦力前进。自行车因为本身有质量、有自重，车轮和地面都不光滑，压在路面上就会产生静摩擦力。当人骑上自行车，用力使自行车开始运动，后轮与地面产生静摩擦力，其方向与自行车前进方向相同，所以推进自行车向前运动。自行车刹车是利用摩擦力使自行车减速和停顿前进。当我们使用刹车时，刹皮与车轮间摩擦力，使车轮停顿运动或速度减小，车轮与地面见摩擦力由滚动摩擦变成滑动摩擦，强大滑动摩擦力方向与自行车前进方向相反，使自行车快速减速（或快速停顿运动）。第13页增大粗糙程度，增大摩擦增大粗糙程度，增大摩擦力力自行车外胎上为何自行车外胎上为何有凸凹不平花纹？有凸凹不平花纹？小窍门小窍门自行车车胎、车把套、踏板等处都刻有凹凸不平花纹以增大摩擦。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，故车可快速停驶。而在刹车同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈压力以到达阻止车轮滚动目标。急刹车时，滑动摩擦力对车辆外胎磨损十分大，若使轮子总处于滚动，而不滑动时，则可防止对车轮磨损。所以可构想在自行车上另设置一刹车备用（可金属、橡胶），平时运动时，刹盘提起脱离地面，刹车时，将刹盘按下与地面接触，使刹盘在地面滑动，产生滑动摩擦力，使车辆快速减速直至停顿，防止自行车外胎磨损。第14页n n滚动摩擦力比滑动滚动摩擦力比滑动摩擦力小摩擦力小自行自行车哪些地方安钢珠车哪些地方安钢珠？为何安钢珠？为何安钢珠？在自行车转动地方，前轴中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处、飞轮等地方，都安有钢珠。转动地方安装钢珠是为了减小摩擦力，保护零件，节约动力，因为滚动摩擦比滑动摩擦小得多，用滚动来代替滑动能够大大减小摩擦，并经常加润滑油，使接触面彼此离开，摩擦变得更小、更省力。“山地车”，它轮子加宽，就能起到地面阻力降低作用，它车胎很宽，纹路很深，这么能够降低地面磨擦阻力而轻松前行。当自行车在深雪里或是在一条柔软泥路上行进时,会感到自行车两个轮子好像不是圆,因为踏起来很吃力.这踏起来很吃力原因就是因为车对泥地压强超出了泥地弹性程度,泥地里(雪地里)被压出一条深沟.车要前进,就必需用力使自行车两个车轮从沟里“抬”出来,车轮沉陷得越深,摩擦力也就越大,“抬”出地面所需要力也就越大.要使自行车能前进就要求泥地里(雪地里)对自行车后轮有相当大向前推力,这就要求对踏脚板施加较大作用力,所以人会感到很吃力,这就像人走在雪地里一样。第15页弹性弹性现在流行自行车中不少在车架上安弹簧，其作用在于缓冲外界压力作用。弹簧减震作用第16页自行车脚撑上也利用了弹簧，弹簧发生弹性形变时会产生弹力使其恢复原状，这就起到了固定作用。车座垫下安有许多根弹簧，利用它缓冲作用以减小震动。因而坐在车后货架上人会比坐在车前坐垫上人震动猛烈。自行车内胎充满了气体，当路面不平给车胎带来冲击时候，充气内胎压缩和恢复有很好缓冲作用，减小了颠簸，既保护了自行车，也减小前进阻力，也使人感到舒适。第17页压强压强当代自行车使用充气内胎主要是利用质量一定气体体积减小，压强增大原理。自行车内胎充入了大量空气，它是支撑车身主力。当充入车胎内气体不充分时，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。从而使原来滚动变为与地面滑动，摩擦力增加，影响到车行驶速度。反之，当胎内气体充分时，骑车时就可到达轻而快效果。座垫呈马鞍型，它能够增大座垫与人体接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车不易感到疲劳。惯性惯性自行车在停放时,前后轮分别是两个支撑点-撑脚架起来保持平衡（当然，旧式脚撑是U形，此时由前轮与脚撑两个脚支撑）。第18页不过自行车在行驶时却不会倒下,这是因为凡是高速转动着物体都有一个能尽力保持转动轴方向不变能力.而自行车前后轮在行驶时,就是两个快速转动着物体,它也有保持转动轴方向不变能力.这就是为何自行车在行驶时不会倒下原因。小窍门快速行驶自行车，假如突然把前轮刹住，后轮会跳起来。前轮受到阻力而突然停顿运动，但人和后轮没有受到阻力，因为惯性，人和后轮要保持继续向前运动状态，所以车体会以前轮与地面接触点为支点做转动。速度越大则转动幅度越大。所以下坡或高速行驶时，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前刹刹车，不然会出现翻车事故。自行车转弯时，为克服离心力，人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，不然车子可能掉头或滑倒。假如稍有留心，你会发觉自行车走不是直线而是曲线，是在左右偏移中前进，这与科学进步十分相同。第19页杠杆杠杆控制前轮转向杠杆：自行车车把，是省力杠杆，人们用很小力就能转动自行车前轮，来控制自行车运动方向和自行车平衡。控制刹车闸杠杆：自行车制动系统中车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮拉力。人们用很小力就能使车闸以比较大压力压到车轮钢圈上。中轴上脚蹬和大齿轮：组成省力轮轴，由脚蹬半径大于大齿轮半径。自行车车把与前叉轴：组成省力轮轴，手握把外半径大于前叉轴半径。后轴上齿轮和后轮：组成费劲轮轴，齿轮半径小于后轮半径。声声 自行车也有声学龙头上车铃,这里有铃声产生传输它们有各自音色音调等等。另外自行车也会“空车辘辘”，不一样自行车车速声音也会不一样。第20页光光自行车主要用到了光反射自行车尾部反光镜，不论光线从哪一个方向射入，反光镜都能沿原来方向把它射回去。普通镜当然也能反射光线，但光线必须恪守反射定律，所以不能以入射方向反射回去（除非垂直射入光线）。自行车反光镜有什么尤其结构呢？即使光线不以自行车反光镜之中心轴入射，也能沿原来方向反射回去，这种镜被称为回射镜。眼睛是看不见完全回射镜回射光线，因为眼睛不可能恰好位于光源上。但大多数反光镜都制成略有些偏差，使回射光束比入射光束宽。第21页一个简单回射镜是由三块相互垂直平面镜组成三垂面反射镜。它能够使从任意方向入射光线，先后经过三块平面镜反射后，沿着原来入射方向反射回去。许多自行车后红色反光镜，就是由许多个塑料材料压制成三垂面反射镜组成。（1）入射光垂直于反光镜表面射入 现在让我们简单分析一下光线射入自行车尾灯光路图第22页全反射（2）入射光水平射入（3）入射光任意角度射入第23页自行车虽小却藏着许多物理知识，其实不只是自行车，生活中还有许许多多类似例子，观察是获取知识主要路径，也是学习物理基本方法之一，我们应该多留心观察身边事物，或许哪一天你也会在海滩上拣到一两个漂亮贝壳呢!再见再见!第24页