自行车的受力分析
自行车上的物理知识
正确的骑行姿势有助于减轻骨骼负担，提高骑行效率。
肌肉力量与耐力
02
骑行过程中，肌肉提供动力和维持姿势稳定。不同骑行方式
（如竞速、越野等）对肌肉力量和耐力的需求有所不同。
柔韧性与平衡
03
良好的柔韧性和平衡能力有助于骑行者在复杂路况下保持稳定，
减少受伤风险。
骑行过程中能量消耗和补给策略
有氧运动与能量消耗
铝合金
较轻便，抗腐蚀性好，但 强度和刚度相对较低。
碳纤维
具有极高的强度和刚度， 重量轻，但成本较高。
材料轻量化和强度提升途径
采用高强度轻质材料， 如高强度铝合金、钛造、焊接 等。
优化材料结构，如采 用空心管结构、蜂窝 结构等。
耐磨、抗腐蚀等表面处理技术应用
加强道路交通安全管理，改善骑行环 境，降低自行车交通事故发生率。
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自行车上的物理知识
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目录
• 自行车结构与力学原理 • 自行车运动中的动力学分析 • 自行车材料选择与性能优化 • 骑行过程中人体生物力学研究 • 自行车安全性能提升措施 • 总结：自行车上物理知识应用前景展望
PART 01
自行车结构与力学原理
等。
光降解材料
在光照条件下逐渐分解的材料，如 可降解塑料等。
循环利用材料
通过回收再利用废旧自行车材料， 减少资源浪费和环境污染。
PART 04
骑行过程中人体生物力学 研究
REPORTING
WENKU DESIGN
人体骨骼肌肉系统与骑行姿势关系
骨骼支撑与运动
01
骑行时，骨骼系统为身体提供支撑，并通过关节连接实现运动。
自行车上的力学知识
研究性学习结题报告报告课题：自行车上的力学知识课题组成员：张少华、范慧徐海鹏郑忠峰课题指导教师：郭锐2012年3月26日内容摘要：通过研究性课题的学习，我们学会了自己发现问题，自己解决问题的良好习惯，大大丰富了我们的思维方法，提高了我们解决实际问题的能力。
拓宽了课程的外延，拓展了我们学生学习和体验的领域，能够使我们获得参与探究的亲手体验，激发探究，创新的欲望，了解科学对于自然，社会与人类的意义和价值；而且使我们学生关注人类与环境的和谐发展，形成社会责任感和积极的人生态度。
通过研究性学习，开拓了自己的见识，增强了我们团结协作，社会服务的意识，互助合作的意识同时使我们获得了奉献社会的情感体验。
我们为了了解自行车构造上的力学知识，以及解决、探究力学知识的方法，采用了实际观测、了解、询问、上网查询，实验观察、调查研究等诸多方法，来了解自行车上的力学知识的应用，使我们对自行车的力学知识有了更高、更明白的认识，也达到了学而执用的目的。
正文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。
分析自行车上的摩擦力
分析自行车上的摩擦力作者：鲁明来源：《初中生世界·八年级物理版》2013年第03期摩擦力是一种常见的力，当两物体相互接触，相互挤压，并做相对运动或者有相对运动趋势时，在接触面会产生一种阻碍相对运动的力，这个力叫摩擦力.在日常生活和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的.我们总是要增大有益摩擦，减小有害摩擦.下面就以自行车为例来加深对摩擦力的认识.一、自行车上的有益摩擦和有害摩擦自行车上的静摩擦都是有益的.各部件的固定和安装都要用到螺丝和螺帽，必须要把它们旋紧，主要目的就是增大部件之间的摩擦力.如前叉和龙头的固定、连接鞍座在车架上固定、前后轮在车架上固定、脚蹬在曲柄链轮上固定等；后轮胎和地面的摩擦也是静摩擦，因为它是驱使自行车前进的力，所以它也是有益的摩擦力；刹车时刹皮和车轮之间的摩擦能有效地控制车子的行进，所以它也是有益的.自行车上的动摩擦都是有害的.如中轴、前车轴、后车轴、前叉合件、脚踏轴等部件，同时包括刹车把手，它们在转动过程中极易使部件磨损，造成传动或转动障碍，所以它们之间的摩擦是有害的.二、自行车上增大有益摩擦和减小有害摩擦的部位和方法1.自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多.自行车上增大有益摩擦的方法有两种：一是增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；二是用增大压力的方法来增大摩擦.（1）在自行车上有很多部位都是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的，具体见下表.（2）自行车也有一些地方是采用增大压力的方法来增大摩擦的，具体见下表.2.自行车上减少有害摩擦的方法有两种：一是利用滚动摩擦代替滑动摩擦来减少摩擦；二是给某些部件加润滑剂来减少摩擦.（1）以滚动摩擦代替滑动摩擦的部位和方法见下表.（2）自行车上也有通过给某些部件加润滑剂的方法来减少摩擦的，比如在链条和轴承处.三、车轮所受的摩擦力方向1.脚蹬自行车启动时车轮所受的摩擦力方向如果问自行车是怎样前进的？很多同学都会说这个问题太简单了，“因为人用力蹬，所以车向前进”.实际上如果找一辆可以三点支撑的自行车（如图1），支起它的后撑脚，用手摇动脚踏使后轮转动起来，发现自行车是丝毫不前进的.所以自行车后轮还必须与地面接触才能前进.那为什么后轮着地时蹬车车就能前进呢？当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦力.那么这个摩擦力的方向是什么呢？这里结合图示加以受力分析.首先，当脚对脚蹬施加向下的作用力F时，链条带动飞轮向前（本文中是以向右为前，向左为后）转动，从而带动后轮沿顺时针方向转动，如图2箭头所示.此时后轮相对于地面有向后的运动趋势，如图3的箭头所示.根据静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反，所以地面对后轮产生了向前的静摩擦力f，从而推动自行车能够前进，这就是自行车前进的动力，如图4所示.所以我们把自行车的后轮称为主动轮，而把前轮称为从动轮，是“被迫”旋转的，起辅助行驶和辅助平衡的作用.那前轮此时是否受到摩擦力呢？答案是肯定的.因为此时地面对后轮产生了向前的静摩擦力，使自行车向前运动起来，此时前轮相对于地面向前滚动，如图5箭头所示.而且地面又是粗糙的，所以前轮受到了地面的滚动摩擦力.根据摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，所以地面对前轮产生的滚动摩擦力f的方向是向后的.如图6的箭头所示.那么前轮所受滚动摩擦力有什么用？是用来阻碍自行车的运动的，其方向与自行车前进方向相反.正是这两个力大小相等、方向相反，所以自行车能够做匀速直线运动.2.当停止踏动脚踏板时车轮所受的摩擦力方向当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但整辆自行车由于具有惯性仍然保持向前运动的状态，此时前轮和后轮都相对于地面向前运动，如图7箭头所示.因此地面对前轮和后轮都产生向后的滚动摩擦力f，如图8箭头所示.由于摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反，根据力可以改变物体的运动状态，所以自行车处于减速状态.3.刹车时车轮所受的摩擦力方向刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力属于滑动摩擦力，阻碍后轮沿顺时针转动方向转动.因为接触面所受压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大.如果此时手握刹车把手压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动得越慢.如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦（原来为滚动摩擦，方向向后），强大的滑动摩擦力f 的方向与自行车前进方向相反（如图9箭头所示），阻碍了自行车的运动，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）.4.人通过走路推动自行车行驶时车轮所受的摩擦力方向当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后.示意图如图8所示.那谁和这两个力平衡呢？脚对地面向前的摩擦力.通过对自行车上的摩擦现象的再认识，我们不但进一步巩固了物理知识，而且能够和实际生活相联系，运用已有知识分析、解决问题，体会到物理知识和社会生活有着密切的联系.。
自行车中的力学
自行车中的力学0 引言目前中国已经成为了全世界第二大经济体，世界瞩目。
但是，随着经济水平的提高，我国的环境却出现了明显的恶化，特别是严重的雾霾天气，已经对广大人民的健康生活带来了危害。
随着环境问题的日益突出，绿色低碳生活成为了人们谈论最多的话题，其中自行车作为一种完全绿色健康的生活方式，在各大城市中均掀起了一股“骑行热潮”。
自行车的出现距今已有百余年，最早是由法国人西夫拉克发明的。
而第一辆现代意义的自行车则出现在19世纪末的英国，后由传教士带入中国。
自行车分为公路自行车、场地自行车、三项赛/计时赛自行车、山地自行车、速降自行车、斜躺自行车、旅行自行车、广告自行车、越野公路车、双人/多人自行车、折叠车、电动自行车、小轮车等多种用途和种类，但不论哪种其基本结构和力学原理都是一样的。
1 自行车的基本结构自行车的基本结构包括：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）曲柄等等。
2 自行车受力分析根据自行车的构造可以看出，后轮为主动轮，是整个车体的驱动部分，而前轮为从动轮，在自行车运动时两个轮子均成顺时针转动，那么两个轮子的受力状况存在什么区别呢？下面我们分别对两个轮子的受力状态进行分析。
首先是后轮，其受力分析如下图1所示，后轮通过脚踏板和链条等传动装置，获得一个来自人力的力矩M1，因此呈顺时针方向转动，由于车轮相对于地面呈向后运动的趋势，所以会受到地面对其向前的摩擦力Fs，其力矩为M2，这就是驱动自行车向前运动的作用力。
图1 自行车后轮受力作用图我们再来看前轮，其受力分析如下图2所示，由于前轮为从动轮，因此它会被迫成顺时针方向转动，因此其相对地面的运动趋势为向前，所以会受到一个向后的摩擦作用力Fs’。
静力学中的受力分析与平衡条件
静力学中的受力分析与平衡条件静力学是物理学的一个分支，研究物体在静止状态下的性质和行为。
在静力学中，受力分析是非常重要的一部分，它帮助我们理解物体的受力情况以及如何保持平衡。
本文将探讨静力学中的受力分析与平衡条件，并介绍一些常见的静力学问题。
一、受力分析受力分析是静力学的基础，通过分析物体所受到的力可以确定物体的平衡状态。
在受力分析中，我们需要考虑三个方面的力，即作用力、反作用力和重力。
1. 作用力：作用力是指物体所受到的外力，比如我们用手推动一辆自行车，手的作用力对应着物体所受到的作用力。
2. 反作用力：根据牛顿第三定律，每一个作用力都有一个等大、反向的反作用力。
以刚才的例子，手对自行车施加的作用力正好等于自行车对手施加的反作用力。
3. 重力：重力是地球对物体的吸引力，是物体的重量。
重力的大小取决于物体的质量和地球的引力常数。
在受力分析中，我们通常用地球重力加速度的近似值9.8m/s²来计算重力的大小。
受力分析的基本原则是，物体处于平衡状态时，所有作用力的合力和合力矩都为零。
这就引入了平衡条件的概念。
二、平衡条件平衡条件是静力学中非常重要的概念，用于描述物体处于平衡状态时受力的关系。
平衡条件包括两个方面，即力的平衡和力矩的平衡。
1. 力的平衡：当物体处于平衡状态时，所有作用力的合力为零。
即ΣF=0，其中ΣF表示作用力的合力。
例如，一个悬挂在天花板上的吊扇，由于重力和引擎产生的力相互平衡，所以整个吊扇保持静止。
2. 力矩的平衡：当物体处于平衡状态时，所有力矩的合力为零。
力矩是指作用力在垂直于力臂方向上的分量与力臂的乘积，其中力臂是指从旋转轴到作用力的垂直距离。
即Στ=0，其中Στ表示力矩的合力。
例如，一个平衡在桌子边缘的放大镜，由于重力产生的力矩和支撑力产生的力矩相互平衡，所以放大镜保持稳定。
通过对力和力矩的平衡条件的分析，我们可以解决许多与物体平衡有关的问题。
三、常见静力学问题静力学中存在着许多常见的问题，以下是一些例子：1. 斜面问题：考虑一个物体沿着斜面下滑的情况，我们可以根据重力和斜面的倾角来计算摩擦力是否足够使物体停止滑动。
浅谈自行车变速系统的变速原理和受力分析
D01：10.19392/ki.1671-7341.201931001浅谈自行车变速系统的变速原理和受力分析曾兆奎海南省技师学院海南澄迈571900摘要:近些年来，随着生产技术的不断创新和产品的设计改良，自行车的性能发生了翻天覆地的变化，无论是正规严谨的国际赛事,还是地方组织的骑行活动，甚至是普通百姓的日常出行，变速自行车已占据了不可或缺的地位。
虽然变速自行车逐渐代替了传统自行车，并快速占据中国市场，但是，大多数人对自行车变速系统的认知还属于陌生状态，更谈不上维护与保养。
本文将通过传递功率、能量守恒定律、扭矩等要素对自行车变速系统做一个较为全面的分析，可供教学或者个人参考。
关键词：自行车变速系统！;链传动；踏频"；扭矩；受力分析;飞轮;牙盘一、通过传递功率！分析链轮大小与有效圆周力的关系以链传动系统中“传递功率”的计算公式p=17%为依据，可以看出，在输出功率不变的前提下，有效圆周力F与链速v 的关系为反比关系。
（一）牙盘齿数Z］与有效圆周力F的关系作为动力输岀的牙盘（主动链轮）有效圆周力，骑行者通过曲柄传递给链条的拉力，该拉力F通过链条传递到飞轮，最终驱动后轮。
在保证传递功率不变的前提下，根据实际的骑行路况，改变有效圆周力的大小，可以合理分配体力％例如,在爬坡的情况下，骑行者通常会通过降低主动链轮的齿数（俗称降盘），采取增大传动比1的方式减小有效圆周力！的输岀。
公式中！与v成反比关系，P保持不变,就必须v",否则，反之。
以三速（三个链轮）牙盘为例，骑行阻力过大时，为了减小 链轮的有效圆周力F，前拨链器将链条向小链轮调整，减小主动链轮的齿数Z1，同时也提高了链速7（二）牙盘齿数Z1与链速#V的关系根据链速的计算公式v=60："）00得知，链条节距P是一个定量,这里不做考虑，链轮齿数z和转速#均为变量，当链速v增大（减小）时/和#可以同时增大（减小）或者按照反比关系调整大小。
浅谈自行车变速系统的变速原理和受力分析
浅谈自行车变速系统的变速原理和受力分析作者：曾兆奎来源：《科技风》2019年第31期摘;要：近些年来，随着生产技术的不断创新和产品的设计改良，自行车的性能发生了翻天覆地的变化，无论是正规严谨的国际赛事，还是地方组织的骑行活动，甚至是普通百姓的日常出行，变速自行车已占据了不可或缺的地位。
虽然变速自行车逐渐代替了传统自行车，并快速占据中国市场，但是，大多数人对自行车变速系统的认知还属于陌生状态，更谈不上维护与保养。
本文将通过传递功率、能量守恒定律、扭矩等要素对自行车变速系统做一个较为全面的分析，可供教学或者个人参考。
关键词：自行车变速系统①;链传动;踏频②;扭矩;受力分析;飞轮;牙盘一、通过传递功率③分析链轮大小与有效圆周力的关系以链传动系统中“传递功率”的计算公式P=vF1000为依据，可以看出，在输出功率不变的前提下，有效圆周力F与链速v的关系为反比关系。
（一）牙盘齿数z1与有效圆周力F的关系作为动力输出的牙盘（主动链轮）有效圆周力，骑行者通过曲柄传递给链条的拉力，该拉力F通过链条传递到飞轮，最终驱动后轮。
在保证传递功率不变的前提下，根据实际的骑行路况，改变有效圆周力的大小，可以合理分配体力。
例如，在爬坡的情况下，骑行者通常会通过降低主动链轮的齿数（俗称降盘），采取增大传动比i的方式减小有效圆周力F的输出。
公式中F与v成反比关系，P保持不变，F↓就必须v↑，否则，反之。
以三速（三个链轮）牙盘为例，骑行阻力过大时，为了减小链轮的有效圆周力F，前拨链器将链条向小链轮调整，减小主动链轮的齿数z1，同时也提高了链速v。
（二）牙盘齿数z1与链速④v的关系根据链速的计算公式v=znp60×1000得知，链条节距p是一个定量，这里不做考虑，链轮齿数z和转速n均为变量，当链速v增大（减小）时，z和n可以同时增大（减小）或者按照反比关系调整大小。
所以，综上所述，每一次改变链速，会同时产生以下三种情况：z和n同时增大，z↑n↓或者z↓n↑。
自行车受到的摩擦力分析
自行车上的摩擦力研究报告认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。
摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。
影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。
我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。
增大有益摩擦的方法有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦；2、用减小压力的方法来减小摩擦；3、利用滚动摩擦来减少摩擦；4、给某些部件加润滑剂；5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。
生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。
研究方式：1、查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。
2、拆卸、观察自行车的结构。
找出与摩擦力有关的部分。
3、询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。
4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。
5、利用网络资源收集有关自行车的资料。
6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。
研究内容：一、自行车上增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。
自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦-----增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的.例如：图1：自行车的把手做成有花纹的图2：自行车的踏脚有花纹图3：轮胎做有花纹自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如：自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落（如图4）。
自行车与力学知识研究学习报告
“自行车与力学知识”研究学习报告班级：高一18班课题：自行车与力学知识研究组长：袁骏一小组成员：杨俐叶、石斐然指导老师：李庆林一、研究背景：随着经济的发展及交通工具的日益繁多，和各种因素的影响，自行车逐渐淡忘出人们的视野，我们小组经过调查研究，总结出自行车机械构造及其力学知识，和日常生活中有关自行车的运用，让人们可以更加充分的利用自行车的力学知识为人民服务。
二、研究目的意义：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，丰富我们的思维方法。
研究开拓自己的见识，增强团结互助的意识。
三、研究过程及方法：1、通过网络查询、查阅书籍、向他人请教、实地研究、小组讨论等方法，得到所需内容。
2、过程A．通过小组讨论，明确分工B．小组实地观察、记录、归纳C．各小组将其结果汇集，小组讨论、删选D．整合结果，撰写论文四、理论知识：探究自行车上的力学知识，自行车上的省力杠杆、费力杠杆以及对省力费距离、费力省距离、惯性、压强、热膨胀、摩擦等力学知识的分析和自行车在生活中运用的简单概述。
五、关键词：自行车力学知识部件运动六、步骤内容：（一）简述自行车的构造及其作用：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。
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、导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。
人们可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。
2、驱动系统：由脚蹬、中轴、链轮、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。
人的脚的作用力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动。
3、制动系统：它由车闸组成，人们可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停止。
A.车把：是省力杠杆，用很小的力可以转动自行车前轮，来控制自行车的运动方向和平衡；B.踏脚：用到了杠杆原理，以飞轮的轮轴为支点，用较长的铁杆来转动链条上的飞轮，可以省力；C.前闸、后闸：是一个杠杆具有省力的作用；D.后轮：作用在轮轴上的变形杠杆，但费力；E.龙头（把手）：通过轮轴可以轻松的控制方向；F.踏脚板与齿轮：作用在轮轴上驱动自行车行走，可以省力；G.刹车闸：车把上的刹把是省力杠杆，人们可以用很小的力作用在车把上就可以使车停止；H.大车轮与小车轴：作用在轮轴上可以加快行驶的速度；I.大齿轮与小齿轮：通过轮轴提高车轮转速；J.车闸把与连杆:是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力；K.中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴但脚蹬半径大于花盘齿轮半径；L.自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴但手把转动的半径必须大于前叉轴的半径；M.后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴但齿轮半径必须小于后轮半径。
《主题一第六节物体受力分析》教学设计教学反思-2023-2024学年中职物理高教版电工电子类
《物体受力分析》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解什么是力的概念，以及力的作用效果。
2. 掌握物体受力分析的基本方法，包括力的正负号表示方向的特点。
3. 能够独立对简单的物体进行受力分析，并能够解决相关问题。
二、教学重难点1. 教学重点：理解力的概念，掌握物体受力分析的基本方法。
2. 教学难点：正确使用力的正负号表示方向，对复杂的物体进行受力分析。
三、教学准备1. 准备教学PPT，包含图片、视频等多媒体素材。
2. 准备实物模型，如木块、小球等，便于学生观察。
3. 准备一些简单的练习题，供学生练习受力分析。
4. 邀请有经验的物理老师进行指导，确保教学方法的正确性。
四、教学过程：1. 导入新课：教师首先回顾高中物理中的力的概念，通过举例说明日常生活和工作中，常常需要知道物体受到哪些力，这些力如何影响物体的运动状态。
由此引出中职物理课程《物体受力分析》这一课题。
2. 知识讲解：(1)明确教学重点和难点：重点是对物体进行受力分析，难点是对多个物体进行受力分析。
(2)讲解受力分析的基本步骤：a. 确定研究对象。
b. 把研究对象从周围环境中隔离出来。
c. 按照力的性质，寻找施力物体。
d. 分析各力的施力物体和受力物体。
e. 画出受力图，明确受力情况。
(3)学习并理解物体的平衡状态和三力平衡中任意两个力的性质及判断方法。
3. 示范教学：教师展示一些常见物体的受力分析过程，例如小车、球等，通过演示和分析，让学生更好地理解和掌握受力分析的方法。
4. 学生实践：(1)分组：将学生分成若干小组，每组选择一个或两个物体进行受力分析。
(2)指导：教师巡视指导，及时纠正错误，确保学生正确掌握受力分析的方法。
(3)分享：每组学生展示自己的分析结果，教师和其他同学进行评价和讨论。
5. 课堂讨论：让学生讨论在日常生活和工作中遇到的物体受力分析问题，如自行车、汽车、机器等物体的受力情况。
这有助于提高学生的应用能力，加深对知识的理解。
自行车车轮问题
车轮问题摘要:在日常生活中，自行车通常是有三种类型的车轮，而在此问题我们主要研究的是其中两种类型，一种是由金属辐条组成，一种是由实体圆盘组成的。
他们各自也有各自的优势，金属辐条的通常较轻，实体圆盘更符合动力学原理。
对于一场自行车的公路比赛而言，天气，山丘的数量和陡度，风速等对比赛都有一些决定性影响，当然选择相应的轮胎也就至关重要。
对此我们主要需要研究的问题是在圆盘所需功率小于辐条所需功率时，风速的大小在不同坡度的情况下。
从而我们需要去提供一个表格关于风速和坡度的表格。
在研究整个问题中，首先是对给出的条件和关键词的反复理解和讨论。
任务一中，我们主要从“power”功率入手，由功率和力、速度之间的一个关系将其与风速联系起来，当然，这里的速度是车速与风速之间的一个相对运动速度。
然后开始对人和车体进行受力分析，分析其所受到的阻力，以及向前运动的动力。
我们采用了物理里的受力分析，牛顿第二定律，功率公式以及查阅文献资料等方法，并且排除了其他的一些干扰因素，在根据公式建立数学模型。
在模型的求解过程中，通过各类参考文献以及资料调查得出的各类参数，以及MATLAB 软件编程得出速度的一个范围值。
从而在根据这个速度是相对速度，从而求解出风速在任务二中，我们主要是需要我们自己设计一条路线，在任务一的基础下，比较不同选轮的比赛成绩。
根据文献资料统计我们得出运动员骑行时所提供的功率，并通过任务一中的功率公式得出其速度，在通过位移公式得出比赛时间，从而得到比赛成绩，进一步验证了我们任务一的结论。
在任务三中，我们需要判断一下我们任务一提供的表格是否是选车轮配置的一个充分条件，并且举出实际的例子来验证。
我们主要通过固定其他的一些因素和改变动摩擦因素来计算运动员消耗的体能。
运用到了物理学里的功能关系公式，从而得出改变其他因素对比赛的影响，证明到我们的任务一得出表格不是选择车轮的一个充分条件条件。
在这种情况下，我们求解出来的风速不会是一个确值，而只是一个范围。
自行车的受力分析
目录
• 自行车的基本结构 • 自行车的运动原理 • 自行车受到的力 • 自行车的平衡分析 • 自行车的性能优化
01 自行车的基本结构
车架
01
02
03
受力分析
车架是自行车的主体结构， 承受骑行者的体重以及行 驶过程中的各种外力。
材质与构造
车架通常由铝合金、碳纤 维等轻量化材料制成，设 计上需满足强度和刚度的 要求。
静态平衡是自行车最基本的状态，也 是实现动态平衡的基础。在静态平衡 状态下，自行车的重心位置和支点位 置决定了自行车的稳定性。
动态平衡
动态平衡是指自行车在行驶过程中保持平衡的状态。此时，自行车受到的外力包括重力、地面给它的 支持力、摩擦力和空气阻力等。
动态平衡的实现需要骑行者的身体姿态和力量控制，以及自行车的悬挂系统和转向系统等机构的协同 作用。通过调整骑行者的身体姿态和力量控制，以及自行车的悬挂系统和转向系统等机构的参数，可 以优化动态平衡的表现。
详细描述
当地面反作用力大于自行车的驱动力 时，自行车将停止前进。地面反作用 力的大小取决于自行车的轮胎与地面 的摩擦力以及自行气阻力是自行车在空气中运动时受到的阻力，它阻碍自行 车的运动。
详细描述
空气阻力的大小取决于自行车的速度、形状和表面粗糙度。 为了减少空气阻力，可以采取减小自行车迎风面积、优化车 身设计以及使用低阻轮胎等措施。
03 自行车受到的力
重力
总结词
重力是自行车受到的主要力之一，它作用在自行车和骑行者的整体上，使自行 车和骑行者向地面方向沉降。
详细描述
重力是由地球吸引产生的力，它垂直向下作用在自行车和骑行者上。在平路上， 重力使自行车和骑行者向地面沉降，而在下坡路面，重力则帮助自行车加速。
自行车运动力学分析
自行车运动力学分析摘要：20世纪80年代，绝大多数中国人都为拥有一辆自行车而骄傲，自行车是中国人的主要出行工具。
浩浩荡荡的自行车大军曾经是中国城市的一大独特景观，自行车车流曾是一条中国流动的长城。
自行车作为交通代步、锻炼身体、越野旅游、运动比赛以及货物运送工具，已遍及中国的各大城市的每个角落，为人们的出行带来了便利。
基于此，本文以运动力学为切入点，将对自行车的刹车，冲上台阶过程进行力学分析，由于自行车实际上是十分复杂的，在对自行车实际模型进行一定的简化之后，讨论自行车的受力情况和转动趋势，运用矢量力学的方法讨论其刹车的过程，以及不同刹车方式的安全性。
并且利用角动量守恒和机械能守恒定律对自行车冲上台阶进行初步的分析，以及讨论自行车随后的运动情况。
关键词：自行车；运动力学；模型；过程引言：牛顿的《自然哲学的数学原理》一书中针对时间的表述如下:对于绝对、真实和数学的时间而言，时间的变化与自身的特性相关，它可以以自身的匀速流逝为依据，将一起事物排除在外，形成相对独立的时间，鉴于这种情况也可以将时间的流逝称之为是一种延续。
相对、表象和通常的时间我们可以根据外界的事物变化对其进行感知，这种感知往往被具化为具体的时间，即我们生活中所说的小时、天、月和年为单位的时间；关于空间的表述如下:对于绝对空间而言，其自身特定决定了不会与外界的任何事物存在联系，且一直处于匀速的不移动的状态。
相对的空间是指，在空间中可以进行运动的结构，我们可以根据物质的变化来感知空间的变化，但是却是无法被移动的。
总体来说就是时间在宇宙中均匀流逝，空间仅作为一个容器而存在，与时间之间并没有直接的关联，也会存在物质运动的关系。
牛顿所提出的时空观虽然在一定意义上与我们的现实生活相吻合，但是所表述的内容均是相对而言的，一定要在保证所有条件满足的基础上才会成立。
为此，在实际学习的过程中仅能给予我们对时空观的一个固有定义，很难通过实践来实现，致使在学习的过程中，大部分学生都产生了难以理解的感受。
自行车鞍座的人机工程学分析
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自行车鞍座的人机工程学分析
6. 其他形式鞍座人机分析
（1）镂空型自行车座 这种车座的主要特点是在车座的中间镂空了一个近菱形的形状，尽量避
免对一些神经和血管的不必要的压迫。车座的中间被镂空以后，会阴区的泌 尿组织和生殖系统的组织和血管就被架空，这样就直接减少了对神经和血管 的压迫，减少了对生殖系统的负面影响。
（2）中角度30°～60°
对于骑乘角度在30°～60°度之间的骑乘者来说，其骑乘的舒 适程度要比0°～30°之间的运动员要好许多。在设计上，这一 角度鞍座比公路赛车的鞍座宽大、柔软，鞍座与坐骨生殖区 的接触面积明显减少，而且对坐骨生殖区的压迫明显减轻， 在垫料选择上，一般选择较硬的海绵作为垫料，外面覆以皮 革，使之成为一个整体。
（2）适合女性的鞍座应比适合男性的鞍座大很多 从数据的角度来说，女性的坐骨结节比男性的坐骨结节宽一些，但并没 有人们想象中的那么宽，也就是说，现在市场上一些品牌的女性自行车座为 了宣扬其针对女性的特点，刻意将车座的后部设计的比较宽大，其实并不是 十分的合理。由于女性生理结构的原因，臀部的脂肪比较多，如果将鞍座设 计的比较宽大的话会与腿部特别是大腿后侧靠近臀部的肌肉摩擦，从而产生 不舒适感。
自行车鞍座的人机工程学分析
5.自行车骑行受力分析
（1）小角度0°～30° 这一角度的骑乘者主要是一些运动员。骑乘者躯干与地面的倾斜角小于
30°，这样做可以有效减小身体对空气的阻力，加快骑行的速度。但是速度 是以牺牲运动员的骑乘舒适度为代价的。Βιβλιοθήκη 自行车鞍座的人机工程 学分析
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5.自行车骑行受力分析
自行车鞍座的人机工程学分析
鞍座是自行车重要的组成部分，在骑行时与人的关系密切，在设计前需要进行深入的人机分析。
自行车运用了什么原理
自行车运用了什么原理
自行车运用了以下原理：
1. 牛顿第一定律：自行车静止时，需要施加力才能开始运动；自行车行驶过程中，需要施加反向力才能停下来。
这是因为牛顿第一定律认为物体在没有受到外力作用时，保持静止或匀速直线运动。
2. 力的平衡：自行车骑行时，骑手通过踩踏脚踏板施加力，驱动链条转动，进而使车轮转动，进行前进的运动。
这是因为骑手施加的驱动力与阻力平衡，保持自行车的前进。
3. 抗摩擦力：自行车轮胎与地面之间的摩擦力提供了前进的推动力。
在骑行过程中，骑手踩踏脚踏板，通过连续施加力量，使轮胎与地面摩擦，产生前进的推力。
4. 力矩平衡：自行车转弯时，通过骑手的倾斜来改变重心位置，从而使车轮侧向受到力矩，使自行车转向。
这是因为当骑手倾斜身体时，改变了车身与地面的接触点位置，产生了一对侧向力矩，使自行车转向。
5. 借助重力：自行车下坡时可以加速，这是因为重力作用产生了向下的加速度，使自行车获得额外的动能。
这些原理共同作用，使得自行车能够行驶和转弯。
自行车中的力学原理
自行车中的力学原理作者：赵苒晨来源：《魅力中国》2018年第08期自行车作为日常生活常见的交通工具，它具有结构简单、使用方便等诸多优点。
我通过仔细观察自行车，却发现看似简单的自行车上面，却隐含着丰富的物理学知识。
于是我怀着极大的兴趣开始认真的观察起自行车来，从自行车的结构设计到使用过程，我进行了认真的分析研究，并且在图书馆和网络上面查阅了部分相关资料。
我针对自行车中各个部件的设计所涉及的力学原理进行了归纳总结，并且联系我们中学学习到的物理相关知识进行了简单的分析。
通过分析，我按照所主要涉及到的物理力学知识进行分类如下：一、与摩擦力相关的部件设计（一）为了增大摩擦力，在轮胎、车把套、刹车盘、脚踏板、车座下的坐杆上面都设计的有各种花纹，这样通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。
（二）为了减小摩擦力，在车把、前后轴、中轴、脚踏板、飞轮等转动部件中需要经常滴加润滑油，这样就达到了减小接触面的粗糙程度的目的。
另外这些转动部分设计的都有滚珠，通过利用滚动摩擦比滑动摩擦小的多的原理减小了摩擦力。
二、与共点力平衡相关的结构设计自行车的前后车架均采用三角形设计，车架作为主要的受力部件，这种设计利用了三角形三个角顶端受力后相互平衡，使自行车能够承受较大的压力。
另外，停放时车支架和两个轮胎可以构成三角形；骑行时两手压在车把上和臀部坐在车座上构成三角形；脚踏板和车座及车把构成三角形。
这样设计就利用了三角形稳定性和三点合力与重力平衡的原理。
三、与杠杆原理相关的部件设计自行车的刹车把、车把、脚踏板连接的曲柄、变速器调节手柄、车铃柄均是省力杠杆，通过这些设计，实现了人们能够用较小的力来获得较大的力。
四、与压强相关的部件设计自行车的车座、脚踏板设计的比较宽大，大多数螺母的下面加的有垫圈，这样设计的目的就是通过增大受力面积而减小压强。
自行车轮胎则是利用压缩气体压强比较大的道理，才使轮胎能够承受较大的压力。
当然夏天的时候轮胎内的气压不能太高，这是由于夏季阳光下气温高，轮胎内的气压增大时容易造成爆胎。
自行车的结构和它的力学原理
自行车的结构和它的力学原理一、课题研究目的自行车是人们普遍使用的''绿色”交通工具，通过研究自行车上的力学知识，了解自行车的 结构，以及每一个零件的作用，使人们更好的认识、利用自行车，让自行车更好的为人类服 务。
二、课题操作过程:（简略提纲） 步骤1: 了解自行车的具体构造，包括：车架.导向系统、驱动系统，及制动系统。
山地车的基本结构的图示：Headset:车头碗组Shifters:变速把 Brakes:刹车 Suspension:避谡 Seat Post:座杆Wheels ：车轮Tires:车胎 Bottom Brackets:中轴Cranksets:大齿盘 Pedals:脚踏Rims:车圈 步骤2：通过走访自行车厂，自行车专卖店和自行车修理摊，逐步分析自行车上的力学知识 涉及到的力学原理（如静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦、杠杆等），并作好具体记录。
步骤3：对研究成果进行总结。
三、课题正文自行车的车架、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 架是自行车的件架，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、 导向系统：由车耙、前*、前轴、前轮等部件组成。
乘骑者可以通过操纵车耙来改变行驶 方向并保持车身平衡。
2、 驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、链轮、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部 件组成。
人的脚的蹬力是*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。
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、停使、 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。
下而来具体介绍一些与力学知识有关的自行车部件：1、 车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，英他部件也都是直接 或间ShiftersHQddSQtS oensiom zT ires CrankPedals. Seat Posts SottOBi Brackets接安装在车架上的。
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工作原理
•
在我们蹬脚踏 时，我们的蹬力带 动前齿轮转动。前 齿轮带动车链转动， 车链又带动后齿轮 转动，再由后齿轮 带动后轮转动。后 轮转动时，受到向 前的摩擦力作用， 推动自行车前进。
丌同状态时的受力分析
状态一：静止
•
人与车的重力与地面对车的支持力平 衡。
•
自行车的前后轮都相对于地面 作纯滚动，但是它们受力情况不同。
状态五：刹车
• 日常生活中， 常有骑自行车的人 在急刹车时车体出 现前翻、打横、或 前翻与打横的现象。 特别对刚学会骑自 行车的人在北方冬 天较光滑的冰雪路 面更是难于行驶。 这些现象是怎样产 生的，又该怎样避 免呢？ 我们试图对 刹车时的现象进行 力学分析，希望对
丌同刹车方式产生丌同现象
在有摩擦的水平面上沿直线行驶 时。如果捏前闸，质心较高较靠前， 地面与车摩擦较大时．车较易前翻； 如果捏后闸．质心较低，地面与车 摩擦较小时，车不易前翻； • 如果人体相对车不变位置时，捏 前闸较捏后闸车更易前翻． • 在摩擦较小(如冰雪路面)水平面上，且前后轮不 在一直线上前进，此时刹车易出现车打横．捏前闸 比捏后闸更易打横。前后轮轴速度方向的间距(车与 路面的摩擦力作用线之间间距)越犬，刹车时更易打 横、放平。 •
式中
f
0,1
，则（3） （4）
F1联立（1）、（2）、（4），解得 f l a1 G /l fh1
F f a fhG /l fh1
（5）
刹车前闸时，式（5）中分母有 可能为零，从而 F1 趋于无穷大， 所以骑车人可以感觉到猛烈的冲击。
后轮刹车
• 刹车时，刹皮不车圀间的摩擦力，会阻碍后轮的 转动。手的压力越大，刹皮对车圀的压力就越大，产 生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全 刹死，后轮不地面之间的摩擦由滚动摩擦变为滑动摩 擦力，且方向向后，阻碍自行车的运动，因此自行车 会停下来。
刹车后闸
•
• • • • •
当刹车后闸时，后轮B处发生滑动摩擦，前轮仍转 动，补充方程为 F1 fN1 (7) F2 fN 2 (8) 0,1 引入参数 ，则（3）可变为含参数的等式： F1 fN1 （9） F 联立（1）、（8）、（9），解得 f l a1 G /l fh1
F F 若 1 , 必a fh ＜0，即 2 F2 fN 2 N，那么 ＜ 2 ＜0，由 0，这意味着后轮不着地，整个 系统以A为支点转动，则打横甩 尾，人就有可能被甩出去。
•
•
• 从公式可以看出，若想刹前闸时比较平稳， 应h尽量减小，l尽量增大，同时a也尽量增大。 所以设计自行车都是两轮间距l较大，坐垫高度 h不高，且坐垫靠近后轮，这样设计是合理的。
丌同刹车方式产生丌同现象
当需要紧急刹车时，如果刹车前闸，身体 会受到猛烈的冲击。若车速很快或者车较轻， 自行车还有可能猛甩一下。而刹车后闸则比 较平稳，震动不大。所以一般推荐使用后闸。
具体受力分析
• 如把人看成一个系统，分析刹车瞬间的受力情况， N1 N 2 F 、 如上图所示。A、B两点分别受到地面支反力 1 F2 和 G 摩擦阻力 、 的作用。系统质心在C点， 为总质 量，Fx为刹车时系统受到的惯性力，则系统的平衡方 X 0 Y 0 M A (F ) 0 程为（1）
状态三：匀速前进
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
匀速时，车受力平衡。人踩的力和车轮不 地面的摩擦力相互抵消。后轮不地面相对向后 运动，所以摩擦力向前。前轮作为从动轮，摩 擦力向后。 • 前后轮受到的摩擦力大小相等，方向相反。 •
状态三：匀速爬坡
• • 匀速前进的水平方向 下坡的垂直斜面方向
• 爬坡过程
合
选择性综
•
具体分析留给有兴趣滴孩纸~~
后轮
• 后轮作为主动轮， 是整个车体的驱动部 分。其受力分析如下 图所示：
后轮在车轴的部分有一个经过传 导得到的来自于人的力偶M1； 地面对车轮的力系是一个平面 力系，可以简化为一个力偶M2， 以及滚动摩擦力FS，因为摩擦 力的方向是与物体相对运动趋 势相反,主动轮动起来时,轮子最 下面一点与地面接触.此点相对 于地面来说是向后运动的，所 以地面给后轮的滚动摩擦力向 前,这个滚动摩擦力FS就是推动 整个车向前的动力。
图2
前轮
• 对前轮进行受力分析。 如下图所示： • • 前轮作为从动轮本 身不会自发 运动,但 后轮动了，整个车身 必然向前动起来(包括 不会自发运动的前轮)。 因为地面不会动,那么 前轮相对地面来说向 前运动，所以地面给 前轮的摩擦力向后。
图3
状态二：起动
• •
起动（或加速）时，轮速大于车速，后轮是自行 车前进的动力来源，所以后轮是主动轮。在接触面， 后轮相对于地面向后运动，所以摩擦力向前，后轮 和车会做加速运动。前轮是从动轮，受到的摩擦力 向后。
• • F1 F2 Fx 0 即
N1l Fx h Ga 0
N1 N 2 G 0
刹车前闸
当刹车前闸时，假设前轮突然停止转动即产生滑 动摩擦，后轮仍转动，补充方程为： • (2) F1 fN1 • F2 fN 2 • (3) • • • • • • 为摩擦系数。引入参数 F fN 2 可变为含参数 2的等式：
自行车的受力分析
自行车不生活
• 自行车是我们日常 生活中极其 常见的 一种交通工具。 据统计目前中国有大约 七亿辆自行车。 • 骑自行车是当下户外活 动的热门交通方式，它丌 仅有益身心健康，更体现 了环保、自然的生活理念。 • 简单的自行车中含有许 多的物理知识，现在我们 将对自行车做受力分析。 •
状态四：下坡
下坡不踩踏板 当骑行者不再踩踏板的 时候，后轮的速度小于 车速。因此，后轮随车 的向前运动而转动，两 个轮子都变成了“从动 轮”。在接触面，后轮 与地面相对向前运动， 所以摩擦力方向向后。 前轮始终向后。
滑下过程中
前后轮所受摩擦力均向后， 故整个车体受到的摩擦力为 与运动方向相反的阻力。
1
• • •
F2 f a fh G /l fh1 F1 F2
刹后闸时 ， ，的分母丌可能为零，则为一有限
写在最后
•
篇一 • 我们已经分析了自 行几种基本运动状态时 的受力情况，有兴趣的 孩纸可对自行车转向， 囿周运动，腾空等等较 为复杂的运动进行分析。 •
写在最后
•
篇二 • 我们选取的自行车是 较大众的传统自行车，还 是在平整的公路上慢速行 驶。对于公路赛，山地车 等自行车的分析，会考虑 车身各部件的受力情况， 可能涉及强度校核等。