自行车的物理知识案例

初中物理教学案例

自行车中的物理

香河县第十二中学王春民（一）背景

在初三物理总复习时，考虑到自行车是教材和考试中多次出现过的物理知识应用的典型事例，专门安排了一节复习课“自行车中的物理”。设计初衷是通过学生观察、讨论，促进对知识的理解和运用，体会物理与生活的联系，进一步提高学生乐于探究生活中物理现象的兴趣。可是，在实际教学中，学生对该题的讨论进程及结果，大大超出笔者的预料。

（二）教学内容和步骤

上课时，先在讲桌上放一辆自行车。为调动学生讨论的积极性，采用竞赛的形式。将学生分成男、女生对抗两组，要求学生围绕课题讨论，提出尽可能多的问题，并做出解答，不能解答的，可以留到全班讨论，时间约15分钟。然后，让两个小组在全班交流，提出或解答问题最多的组为优胜。

交流时，学生非常积极，争先恐后地想表明自己的观点。老师把学生提出的问题分类写在黑板上，解答不完善的由对方组补充，相同的问题避免重复。最后学生大致提出并弄清楚了下面几个方面的问题：

一、力学知识

1．摩擦方面

（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。

2．简单机械

（1）自行车刹车手闸是一个省力杠杆，车后坐的载物夹也是杠杆。脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴，后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴。车把和前叉也构成省力轮轴。

（2）自行车上坡走S形路线，相当于增加了斜面的长，可以省力，使上坡更容易。

3．运动方面

（1）自行车的速度约为（3-5）m/s。

（2）以树木为参照物，自行车是运动的；以树木为参照物，自行车是向后退的。4．压强方面

（1）一般情况下，充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为S＝100cm2，当一普通的成年人骑自行车前进时，自行车对地面的压力大约为F＝

（600N+250N）＝850N，可以计算出自行车对地面的压强约为8．5×104Pa。

（2）自行车的车座较宽大，可以增大人与车座的接触面积，减小对人的压强，人骑座时感到舒服。

（3）在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，以减小压强。

（4）自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对脚的压强。（5）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。

5．惯性方面

（1）当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然前进，是由于它具有惯性。

（2）当人骑自行车前进时，若紧急刹车，一般情况下要先捏紧后刹车，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。6．能量转化方面

（1）当人骑自行车下坡时，速度越来越快，是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能。

（2）当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下，目的是增大速度，来增大人和自行车的动能，这样上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些。

（3）自行车的车支架上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车支架自动弹起。

（4）自行车在不平的路面骑行时，车坐下被压缩的弹簧产生弹力，弹簧的弹性势能转化为动能，弹簧起到减震作用。

二、声学知识

（1）自行车的金属车铃发声是由于铃盖在不停的振动。

（2）自行车有些部位零件松动时，骑行时引起振动发生。

三、热学知识

（1）在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，是为了防止自行车爆胎，因为对于质量、体积一定的气体，当温度越高，压强越大，当压强达到一定程度时，若超过了轮胎的承受能力，就会发生爆胎的情况。

（2）用打气筒给自行车车胎打气时，不一会儿气筒壁就会热起来，是因为打气筒的活塞压缩气体做功，气体内能增加，气体内能传给筒壁，使筒壁温度升高。同时打气过程也是克服活塞和筒壁摩擦力做功过程，也使筒壁内能增加，温度升高。

四、光学知识

（1）自行车的后面都装有一个反光镜，它是由许多角反射器组成的。当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”。在夜间，当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上，无论入射方向如何，反射光都能反射到汽车上，其光强远大于一般的漫反射光，就如发光的红灯，能引起汽车司机的注意。

（2）自行车铃的金属盖是凸面镜，能成正立、缩小的虚象。

（三）本课小结和作业

学生能提出并圆满解决这么多问题，出乎我的预料。除此之外，学生还提出了一些其他与自行车有关的问题：

自行车为什么骑行时不倒，特别是拐弯时偏向地面也不倒，但静止时没有支撑就要倒？挡泥板为什么能挡泥？气门芯有什么作用？辐条有什么作用？脚蹬和后轮的转速一样吗？变速自行车是怎样变速的？由于课堂时间有限，也有些

知识是学生还未学过的，因此布置学生下去自己查资料，把学生的兴趣延伸到课外。并要求学生把课堂讨论内容归纳整理，写成小论文。

(四)案例评析

一、教学理念决定教学行为。这堂课的指导思想来源于新课程所倡导的“面向全体学生；从生活走向物理，从物理走向社会；注重科学探究，提倡学习方式多样化”的理念。我在进行这节课的教学设计时，紧紧围绕“提高学生物理科学素养”这一核心目标，在教学过程中始终注意面向全体学生、有意识地引导学生发现问题、提出问题，并尝试运用已有经验和知识解决问题。培养学生在解决问题中获取新知识、信息交流能力与合作学习的能力。

二、学生有巨大的学习潜能。通过这节课的教学，使我认识到教师只要运用科学的教学方法，给学生创造自主学习的机会，鼓励学生对问题进行讨论、甚至争论，就让学生的潜能在思维碰撞的过程中产生出智慧的火花。从这节课看，学生的讨论激烈、细致、深入，涉及到的知识面非常广，大大地充实了教学内容。

三、教学相长。学生是教师学习的宝贵资源，也许学生的专业知识不如教师，但学生那里有许多值得教师学习的东西，特别不能低估学生的群体效应。如学生的讨论、争论，他们互相启发，提出了许多有新意的见解，让教师从中受到许多启发，课堂上学生思维活跃、敢想敢说的特点，给老师留下深刻的印象。

今后在教学工作中，还要不断地探索，彻底改变落后的教学观念，将新课程理念真正落到实处。