12.4　跨学科实践：自行车 2024-2025学年物理教科版八年级下册

第12章　机械能 4　跨学科实践：自行车 1. “低碳环保，绿色出行”已成为人们的共识，自行车是便捷环保的交通工具， 如图所示.请你将自行车上的应用（包括结构和使用方面）所对应的物理原理补 充完整. （1）尾灯： ⁠. （2）铃铛： ⁠. （3）脚蹬、曲柄和链轮： ⁠. （4）轮胎上有花纹、车把上有花纹、脚蹬板上有花纹： ⁠ ⁠. 光的反射　 物体振动发声　 省力轮轴　 通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力　 （5）用力捏刹车闸： ⁠. ⁠ 通过增大压力来增大摩擦力　 1 2 （6）轮胎是圆形的，车的前轴、中轴及后轴均采用滚珠轴承： ⁠ ⁠. （7）在转动部分和链条上加润滑油： ⁠ ⁠ 用滚动代替滑 动来减小摩擦力　 通过减小接触面的粗糙程度来减小 摩擦　 1 2 2. （2024·烟台期末）阅读短文，回答问题. 轮轴与自行车 　　轮轴是一种简单机械.轮轴由具有共同转动轴O的大轮和小轮组成.通常把大轮叫轮，小轮叫轴.轮轴实际上是一个可以连续转动的杠杆.轮半径 R和轴半径r分别是作用在轮和轴上的力 F1和 F2的力臂，如图甲所示.根据杠杆平衡条件可得： F1R＝F2r.使用时如果动力作用在轮上，能省力，且轮半径是轴半径的几倍，动力就是阻力的几分之一；如果动力作用在轴上就费力，但可以省距离. 　　自行车的前齿轮和脚踏板构成一个轮轴型的杠杆结构，动力是人给脚踏板的蹬力，阻力是链条对前齿轮的拉力，动力臂是脚踏板到轴心的长度，阻力臂是前齿轮的半径，此时动力臂大于阻力臂，是一个省力杠杆.自行车的后齿轮和后车轮构成另一个轮轴型的杠杆结构，动力是链条对后齿轮的拉力，阻力是地面给后车轮的摩擦力，动力臂是后齿轮的半径，阻力臂是后车轮的半径. 1 2 　　变速自行车的驱动结构在于它的后齿轮由多个半径不同的齿轮共同组成.骑 自行车时，人踩脚踏板一圈，前齿轮转动一圈，带动链条转动的长度为前齿轮的 周长.同时链条带动后齿轮转动，由于后齿轮的半径小于前齿轮，为了保证链条 转动的长度相同，后齿轮转过的圈数肯定大于前齿轮.后齿轮的半径越小，它转 过的圈数就越多.后齿轮同时带动后车轮转动，它们转动的圈数保持一致.因此， 后齿轮越小，脚踩一圈，后车轮转动的圈数越多，即自行车前进的距离越长. 　　在爬坡时，自行车受到的摩擦阻力较大，选择低挡位；下坡时自行车受到的 摩擦阻力较小，选择高挡位.选择不同的挡位时，自行车的链条会调整到相应挡 位的后齿轮上. 1 2 （1）自行车驱动结构中，如图乙所示，后齿轮和后车轮组成一个 （选填“省力” “费力”或“等臂”）杠杆. 费力　 1 2 （2）请在图丙中画出最省力时，人脚对脚踏板的力 F（作用点在脚踏板中心），以及这个力对应的力臂L. 如图所示. 1 2 （3）爬坡时，自行车受到的摩擦阻力较大，应将链条调整至半径较 （选 填“大”或“小”）的后齿轮上，从而达到 的目的. （4）自行车在水平道路上行驶时，后车轮受的摩擦阻力为25 N，后车轮的半径 为30 cm，若此时链条挂在中间挡位的后齿轮上，其半径为5 cm，由于前齿轮与 后齿轮由链条连接，所以前、后齿轮受到的链条的拉力相同，若前齿轮的半径为 10 cm，脚踏板到轴心的长度为25 cm，则自行车匀速行驶时，人蹬车的力至少应 为 N. 大　 省力　 60　 1 2 $$