物理研究性学习论文：自行车与物理知识

自行车与物理知识课题的研究

日常生活中有许多事物看似非常简单,但却涉及了许多深刻的物理问题,需要运用物理学原理去解释。通过对这些事物的分析研究,能够将物理学融入到实际生活中,拉近我们学生与物理的距离,提高我们学生的学习兴趣,并有助于培养我们学生发现问题、解决问题的能力,促进学生形成科学的思维方法。自行车是我们学生非常熟悉的一种交通工具,其中却蕴含了很多物理问题。下面通过探讨自行车中的几个物理问题,说明如何将物理知识与生活实际相结合,用物理知识解释生活中的现象。自行车主要由支撑架构、车轮、传动装置、转动装置和制动装置五个部分组成。它的每一个部分都包含着许多不同的物理问题。

一、活动过程与规划

(1)：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

。我们小组共同制定了一系列有序可行的计划。期待着能完美地完成这次任务。

(2)：研究实物，外出采访自行车摊的师傅，拍照并记录，调查自行车流行现状。全面搜索第一手资料。利用周末，任务给组里每一个同学。有的人把自己的自行车搬出来，供大家观察；有的人走访了自行车专卖店，拍下了各式各样的自行车；有的人去了修自行车的摊铺一趟，采访了修车的师傅，了解到自行车上的内部结构，问了他自行车爆胎和脱链的原因。还有的人专门做了调查问卷，对全班同学进行了一番有关自行车的调查报告。周末的实地考察让我们小组收获了很多，也让大家对自行车的兴趣愈发变浓，感觉才这是真正得了解自行车的开始。

(3)：查找相关的资料，进一步的试验探究，整理资料及数据。

(4)：小组成员互相交流，成果汇总。得出调查报告，提出合理建议。

二、变速齿轮中的物理原理的初步探究

自行车的运动主要是将人脚交替对脚踏板的压力转化为车轮与地面的磨擦力，转化的重要部分是自行车的传动部分。

自行车的传动部分主要是由脚蹬“飞轮”、链条及后轮四部分组成。下面浅谈一下自行车传动部分的工作过程。

人在骑车时，两脚交替把脚蹬踩下“牙盘”转动，由于“牙盘”和“飞轮”的小齿和链条相互咬合，带动了后面飞轮的转动，自行车后轮向前运动，使自行车向前行驶。在新型变速自行车中，中轴链轮上有几个直径不同、齿数不同的齿盘，后轴飞轮有几个直径、齿数不同的齿盘，选择不同齿数的齿轮，通过链条相连带动，后轮转动的快慢就改变了。

三、自行车车轮的物理问题

(1)自行车的轮胎是圆形

圆形有一个其他几何图形所不具备的特点,就是无论它进行怎样的旋转,通过圆心及圆上任一点的距离永远相等。这样就可以保证车轮在运转的过程中,车轮的重心时刻保持不变,且其动力臂和阻力臂也时刻保持不变,这样

自行车才能运行平稳。

(2)自行车轮胎用橡胶制成,并充满气体自行车的车轮是橡胶制作的,并且橡胶内充满了空气。橡胶具有弹性,橡胶内的空气可以形成一个气垫,这样做可以减少自行车运行过程中所受到的冲力,达到缓冲减震的目的。即使人在非常不平坦的路面上行进,也不会有特别颠簸的感觉。并且橡胶与地面的摩擦力也较大。

(3)自行车在运转过程中的受力分析当骑自行车或推自行车行走时,人和自行车对地面会有压力作用。轮胎和地面之间不光滑,因此自行车车轮与路面之间会有摩擦力存在。下面

对自行车所受的摩擦力进行分析。

①推自行车时前后轮的受力情况分析图2为向前推自行车时

自行车所受摩擦力的受力分析图。在向前推自行车时,自行车的前后

轮都按逆时针方向滚动,自行车的齿轮这时是不转动的,两个轮子同

时都受到了向后的滚动摩擦力的作用。

②骑自行车时前后轮的受力情况分析自行车在向前平稳行驶的过程中,人的双脚用力蹬脚蹬,使后轮转动。这时轮胎和地面之间没有相对运动,这时的摩擦力可以看成是静摩擦力。当后轮转动时,后轮和地面接触的地方,就相对于地面有向后运动的趋势, 所以后轮所受摩擦力的方向向前,为自

行车提供向前运动的动力。前轮原来的状态是静止的,由于车身的推

动,使前轮相对于地面运动方向也向前,所以受到地面对它向后的滚

动摩擦力。因此,前轮是阻力轮,它受到向后的滚动摩擦力,阻碍车的

运动;后轮是动力轮,它受到向前的静摩擦力,是自行车前进的动力。

如图3当自行车加速运动时,自行车后轮为自行车的行驶提供动力,

它所受的摩擦力向前。同时前轮阻碍自行车的行驶,它所受的摩擦力向后。因此,在自行车加速的过程中,自行车后轮的摩擦力大于前轮的摩擦力和其他阻力之和。自行车自然进行减速时,人的脚停止蹬踏车轮,前轮和后轮同时受到向后的摩擦力,这时没有动力提供给自行车。自行车由于只受到摩擦力的作用,根据牛顿第二定律,速度逐渐减小。当自行车紧急刹车时,由于惯性人会感觉到身体有向前倾斜的趋势。刹车时应尽量使用后刹车或前后同时刹车。如果只使用前刹车,自行车的前轮停止运动,保持静止状态,而此时自行车的后轮,还在保持转动状态,由于惯性的存在,自行车的后半部分还存在向前的运动趋势,就可能导致人和车由于有向前倾斜的趋势而翻车。

四、总结

自行车虽然简单，其中蕴涵着丰富的物理原理。本次研究性学习活动中，我们小组在查阅了与自行车相关资料和已有物理知识的基础上，通过一系列的对比实验研究了刹车以及变速中的物理原理。有关自行车的物理问题还不止这些,它们有待于我们进一步的发现和探索。同样,生活中还有许多其他的物理问题有待大家去发现,去解决。在发现和解决这些问题的过程中,我们意识到物理就存在于他们的日常生活中，让我们真正地做到“从生活走向物理”。