课时12.4 跨学科实践：自行车--【帮课堂】2024-2025学年八年级物理下册同步学与练（ 教科版2024）

第十二章 机械能 课时12.4 跨学科实践：自行车 2022年课程标准 物理素养 3.2.4 能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。 物理观念：了解自行车的基本机构和各部件名称。 科学思维：认识自行车中的简单机械及其工作原理。 科学态度与责任：经历自行车拆解、保养、组装与调试的实践过程培养学生的动手操作能力. 任务1：自行车的结构 1. 自行车类型 常见的有普通型自行车、载重型自行车、运动型自行车、竞赛型自行车、轻便型自行车、特种型自行车等， 2. 自行车结构 在自行车的演变过程中，最成功和持久的是其车架的三角形设计，不同类型的自行车各部件均有其特定的性能，某自行车的结构如下图所示。自行车主要由支撑系统、轮组系统、变速系统、刹车系统、避震系统等组成。 支撑系统 车架、前叉、车把、车座、座杆、脚蹬等 轮组系统 轮圈、辐条、花鼓、轮胎等 变速系统 变速把手、前变速器、后变速器、飞轮等 刹车系统 刹车把手、刹车线、刹车片、刹车盘等 避震系统 前叉减震器、后避震器等 任务2：自行车与物理 1. 自行车上的简单机械 结构 刹车把手 车把 脚蹬、曲中柄与齿盘 飞轮与后轮 螺丝和螺帽 分类 杠杆 轮轴 轮轴 轮轴 斜面 功能 省力 省力 省力 省距离 省力 2.自行车轮胎的材料 轮胎采用高弹性橡胶做成，高弹性橡胶不仅能增强轮胎的耐用性，还能有效吸收震动，提升骑行的舒适度。此外，轮胎、车把手和脚踏板上的花纹设计，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。 3. 增强舒适度的部件 (1)马鞍型坐垫：自行车的坐垫设计成马鞍型，能够增大与人体的接触面积，从而有效减小臀部承受的压强 (2)前叉减震器、后避震器：减震器是自行车的重要组件，能够减小在崎岖的路面上骑行时的颠簸程度，并有效限制震动传递到骑行者的身体 (3)车座下的弹簧：在崎岖的路面上骑行时，车座下的弹簧发生弹性形变，起到减震作用，从而提高骑行的舒适度。 (4)橡胶轮胎、较低的胎压也能够有效过滤掉部分路面的颠簸，从而减少自行车传递到身体的震动。 (5)脚蹬设计得较宽，是为了增大与脚的接触面积，从而减小脚部承受的压强，提高骑行的舒适度。 4. 自行车的传动装置 在驱动系统中，有两组简单机械，即省力轮轴(中轴上的脚蹬、曲中柄与齿盘)和费力轮轴(后轴上的飞轮和后轮)。 (1)在省力轮轴中，以中轴O1为支点，人通过脚蹬施加动力F1，其动力臂为l1链条对齿盘施加阻力F2，其阻力臂为l2。因l1>l2，所以该设计可以省力. (2)在费力轮轴中，整个后轮(包括飞轮)，以后花鼓的中心O2为支点，链条施加的力为动力F3，其动力臂为l3。地面对后轮施加的摩擦力为阻力F4，其阻力臂为l4。因l3<l4所以这是一个费力轮轴。 自行车能前进依靠的是人对脚蹬施加的力，通过链条传递到后轮.当我们用力蹬脚蹬时，传动装置将力传递到后轮，使后轮能够克服地面的摩擦力和其他阻力前进.当中轴上的大齿轮转动一圈时，它能带动后轮的小齿轮转动多圈，因此人每一圈，车轮带动自行车移动的距离远大于人脚蹬一圈的距离。 任务3：围绕自行车来探索 1. 拆装自行车 【活动分析】通过实践活动，熟悉工具的使用方法，并掌握拆、装等操作技能.同时，了解自行车刹车、轮胎、链条等关键结构的保养和维护方法。 【活动实施】工具：手套、扳手、螺丝刀等。 拆解过程： 第一步：通过上网查阅资料，了解自行车刹车、轮胎、链条等关键结构的保养和维护方法。 第二步：将自行车反转并支撑好，以便进行拆解。 第三步：拆卸轮子，拧下轮轴螺丝和快速释放器，然后取下车轮。 第四步：拆卸刹车，松开刹车钳上的螺丝和螺钉，取下刹车钳和柔性油管。 第五步：拆卸自行车的链条，将链条分离，并卸下链轮， 组装过程： 将拆下的部件擦拭干净，并在适当的位置加上润滑油按上述拆解过程逆序安装，并进行调试，@活动交流，通过本次实践活动，我们在拆解和组装自行车的过程中，深入了解了自行车的组成及各个部分的构造，掌握了自行车的维护和保养方法.在操作过程中，正确使用工具(如扳手，螺丝刀)至关重要，不当使用可能导致零件损坏.此外，需特别注意安装的顺序，以确保自行车组装完毕后能正常使用。 2.自行车主题征文与展示(仅供参考) 自行车设计中运用了多种仿生学原理，包括： (1)人体工学设计：车座和把手的位置根据人体结构进行设计提高了骑行的舒适度、 (2)运动模仿：踏板系统模仿腿部的自然运动，如走路和跑步，确保能量高效转化为动力。 (3)空气动力学：车架和车轮采用流线型设计，旨在减少空气阻力，提高速度，这一设计灵感来自于鸟类和鱼类的形态。 (4)震动控制：悬挂系统借鉴动物关节的结构，以吸收路面震动，提升骑行的舒适度. (5)材料使用：采用轻量化材料，如碳纤维，模仿生物结构，保持车体的轻便和坚固 (6)自适应设计：智能变速和自适应悬挂功能模仿生物的适应能力，更好地应对不同的地形这些仿生学原理提升了自行车的效率、舒适度和适应性。 问题一：自行车模型问题 1．根据你对自行车（如图）的认识，下列说法错误的是（    ） A．自行车轮胎上的花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力 B．自行车踏板上的花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力 C．自行车的车把是轮轴，可以省距离 D．自行车车轮转轴内的小滚珠是以滚动代替滑动减小摩擦力 2．轮轴的实质是可以连续旋转的杠杆，如图B所示，当轮轴绕O点匀速转动时（处于平衡状态），有。如图A所示，一自行车上连接脚踏板的连杆长，由踏脚板带动半径为的大齿盘，通过链条与半径为的后轮齿盘连接，再带动半径为的后轮转动。设自行车在水平路面上匀速行进时，人蹬脚踏板的平均作用力为F，链条受到的拉力为T（同一条链条上拉力相等），地面对后轮的摩擦力为f，分别写出T与F，T与f之间的关系式。 3．如图所示的是变速自行车链条、飞轮和链条轮部分的构造图（A为飞轮，B为链条轮，C为脚蹬）。保持链条在飞轮上的位置不变，在同样的路况下自行车匀速前进时，链条调至 （选填“1”“2”或“3”）处更省力。理由是 。 4．自行车是当今最为环保绿色的交通工具，请你仔细观察并思考后，回答下面的问题。 (1)当自行车的脚踏板转到什么位置时，用力蹬下的效果最好？为什么？ (2)如果你搭乘他人骑的自行车，车没有停稳，就匆忙下车，请用所学物理知识解释可能发生的现象？ 问题二：其他轮轴模型 5．如图甲所示是欧洲中世纪使用的吊车，如图乙所示是我国古人使用的绞车。关于吊车与绞车的认识，下列说法错误的是（　　） A．图甲的吊车是轮轴与定滑轮的组合 B．图甲中工人脚踩巨轮走过的距离一定大于重物上升的高度 C．图乙的绞车是轮轴与定滑轮、动滑轮的组合 D．图乙中的定滑轮改变了施力方向 6．如图所示是简单机械在生活中应用的实例，下列关于这些实例的说法正确的是（   ） A．此时甲图中的盘山公路属于斜面，可以起到省力的作用 B．忽略绳和滑轮重及摩擦，乙图中绳子自由端的拉力 C．使用丙图中的轮轴门把手，能够省力同时也能省距离 D．丁图中的筷子在使用时是省力杠杆 7．明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置—辘轳，沿用至今。如图甲所示是一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶。如图甲所示辘轳可视为杠杆，用辘轳提水的某时刻示意图如图乙所示，它的支点是图中的 点。设大轮与小轮的半径比为3∶1，水桶受到的总重力为90N。使周长为3m的大轮转动一圈，小轮转动的距离为 m；若要使辘轳静止在图乙所示位置，作用在C点最小的力应为 N。（不计井绳的半径和自重） 8．如图甲是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取鼎”画面，两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中的鼎。图中的这种滑轮是 （选填“定”或“动”）滑轮，使用图乙中的这种机械 （选填“能”或“不能”）省力， （选填“能”或“不能”）省功。 【基础强化】 1．如图所示的简单机械正常使用时不属于轮轴的是（　　） A． B． C． D． 2．小原用如图所示的红酒开瓶器开一瓶红酒，他先旋转上端的转柄，使金属杆下端钻头插入红酒木塞，再向下按动压柄，红酒木塞就被拔出，关于红酒开瓶器，下列说法正确的是（     ） A．压柄是费力杠杆 B．钻头制成螺旋状应用了斜面可以省距离 C．钻头做得比较细是为了减小压强 D．转柄和金属杆组成轮轴 3．如图所示，下列简单机械中，不能省力的是（　　） A．动滑轮 B．定滑轮 C．斜面 D．滑轮组 4．如图甲所示，公共自行车的绿色标志是由人、自行车和道路三个元素组成的，寓意绿色出行。乙图是车把手。人在水平路面上骑自行车时，下列相关说法正确的是（   ） A．自行车把手相当于轮轴 B．自行车在水平路面快速行驶过程中，人和车的重力都做了功 C．自行车受到的重力和路面对自行车的支持力是一对平衡力 D．自行车上坡前要加紧时间蹬几下，目的是增大可利用的惯性 5．古代的汲水装置——辘轳，由具有共同转轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶。用辘轳提水的某时刻的示意图如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．正常使用时，图甲中辘轳可视为费力杠杆 B．使用辘轳提水，不仅可以省力，也可以省距离 C．图丙中水龙头开关，②比①更省力 D．家中房门的门把手与辘轳的原理相同 6．如图所示，物重为G的物体在不同的简单机械的作用下均处于平衡状态。若不计机械自重和摩擦，则拉力F1、F2、F3、F4的大小关系是（　　）    A．F2<F3=F4<F1 B．F2<F4<F1<F3 C．F4=F2<F1<F3 D．F4<F2<F3<F1 7．如图甲所示的水龙头很难徒手拧开，将如图乙所示的钥匙安装好后（如图丙所示）就容易打开了，则此时钥匙相当于一个 （选填“斜面”“滑轮”或“轮轴”）。如图丁所示的是某风景区的一段盘山公路，盘山公路相当于简单机械中的 。 8．轮轴 （1）定义：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成，通常把大轮叫轮，小轮叫轴。 （2）实质：可看作是一个可以连续转动的 。 （3）特点：当把动力施加在轮上，阻力施加在轴上， 但费距离；当把动力施加在轴上，阻力施加在轮上， 但省距离。 9．我国古代著作《物原》中有记载：“史佚始作辘轳”。辘轳（lù lu）是指我国汉族民间提水设施，一般流行于北方地区。主要由辘轳头、支架、井绳、水斗等部分构成。如图所示，当用辘轳取水时，它属于 杠杆。把手部分做的比较宽大，是通过 的方法减小压强。 10．明朝罗颀《物原》中记载：“史佚（周朝人名）始作辘轳”。如图甲所示是周朝时期的一种取水工具“辘轳”。图乙所示是“辘轳”的简化图，它属于简单机械中的 ；若想使人在提水时能更省力，可以适当增加摇柄中 （填“A”或“B”）的长度。 【能力培优】 11．如下图所示的器械中，不是轮轴的是（　　） A．方向盘 B． 羊角锤 C． 门把手 D．螺丝刀 12．如图所示，简单机械均不计摩擦，图中，其中最省力的是（　　） A． B． C． D． 13．简单机械在生活中有广泛的应用，下列有关说法错误的是（　　） A．旗杆顶部的滑轮是定滑轮 B．齿轮是轮轴，若动力作用在轮上能省力 C．剪指甲时指甲刀上方的金属片是费力杠杆 D．盘山公路实质是一个斜面 14．如图所示，为光滑斜面，且的长度大于的长度。小明分别沿斜面用力将重为G的物体匀速推上同一辆货车。物体从斜面底被推上货车所用的时间分别为，推力的功率分别为，已知。不考虑空气阻力，下列说法中正确的是（　　）    A． B． C． D． 15．如图，G1=30N，台秤示数18N，不计一切摩擦和滑轮的重，物体G2重（   ） A．12N B．18N C．28N D．33N 16．图甲是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取鼎”画面，两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中鼎。图甲滑轮是 （选填“定”或“动”）滑轮，使用图乙中机械 （选填“能”或“不能”）省力。 17．如图甲是《天工开物》中记载的一种农业生产汲水装置一一辘轴 (1)图乙是它提水时的示意图，为方便提水，应按照 （选填“省力”或“费力”）杠杆来设计，支点是 点，动力的作用点在 点（后两空选填“A”“B”或“C”）； (2)图乙中动力臂和阻力臂的之比为5∶1，若， ；现将总质量为的水和桶从井中匀速提起，人们在摇把末端施加的力至少需要 N。 (3)图丙中水龙头开关的设计也应用了同样原理，开关选用 （选填“①”或“②”）效果更好。 18．人们为生活的方便，常常使用机械，使用机械时有时可以省力，有时可以省距离，但都不能省 ．如图所示使用的机械的目的是为了省 ．该同学把重为400N的物体从长为 2m的木板上推到高0.5m的车上（假设木板光滑），则在此过程中，人施加的推力至少为 N． 19．如图所示，轮半径是15 cm、轴半径是3 cm，轮缘挂一重为10 N的物块A，轴悬线与重为60 N的物块B相连，A和B两个物体和轮轴都静止不动，悬线已被物块A拉紧，则物块B受到的拉力是 N，B对地面的压力是 N． 20．甲图是我国政府为缓解山区人民出行难的问题而修建的盘山公路，汽车沿着盘山公路可以驶上高耸入云的山峰，盘山公路修的弯弯曲曲，其主要目是为了 （选填“省力”、“省距离”或“省功”），汽车从山底静止出发，到达山顶后停止，则汽车在山顶时的动能 （选填“大于”或“等于”或“小于”）汽车在山底时的动能；乙图是用螺丝刀将螺纹钉旋进木板的情景，手柄 （选填“粗”或“细”）一些的螺丝刀用起来更省力。 21．在生产、生活中，人们常会用到轮轴，轮轴由具有公共转轴的轮和轴构成。 （1）辘轳就是轮轴的一种，它的截面图如右图所示，辘轳也可以看成是杠杆的变形，辘轳的把手转动一圈就是如图所示的轮，作用在把手上的力为动力F1，水桶对轴向下的拉力是阻力F2，请在辘轳的截面图上画出辘轳的杠杆示意图。通过示意图可以发现辘轳是 （省力/费力）杠杆。 （2）动手探究：选用铅笔（或其他一端粗一端细的笔）探究轮轴的特点。 ①左手捏紧笔尖，右手旋转笔身，则左手 （能/不能）使笔尖保持不被旋转。 ②左手捏紧笔身，右手旋转笔尖，则左手 （能/不能）使笔身保持不被旋转。 ③当笔身转动一圈，笔尖也转动一圈，由于笔尖的直径小于笔身的直径 （省/费）距离。 ④根据以上实验，铅笔相当于轮轴，笔身相当于 （轮/轴），笔尖相当于 （轮/轴），所以使用轮轴时，当轮带动轴 （省/费）力，但 （省/费）距离。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 机械能 课时12.4 跨学科实践：自行车 2022年课程标准 物理素养 3.2.4 能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。 物理观念：了解自行车的基本机构和各部件名称。 科学思维：认识自行车中的简单机械及其工作原理。 科学态度与责任：经历自行车拆解、保养、组装与调试的实践过程培养学生的动手操作能力. 任务1：自行车的结构 1. 自行车类型 常见的有普通型自行车、载重型自行车、运动型自行车、竞赛型自行车、轻便型自行车、特种型自行车等， 2. 自行车结构 在自行车的演变过程中，最成功和持久的是其车架的三角形设计，不同类型的自行车各部件均有其特定的性能，某自行车的结构如下图所示。自行车主要由支撑系统、轮组系统、变速系统、刹车系统、避震系统等组成。 支撑系统 车架、前叉、车把、车座、座杆、脚蹬等 轮组系统 轮圈、辐条、花鼓、轮胎等 变速系统 变速把手、前变速器、后变速器、飞轮等 刹车系统 刹车把手、刹车线、刹车片、刹车盘等 避震系统 前叉减震器、后避震器等 任务2：自行车与物理 1. 自行车上的简单机械 结构 刹车把手 车把 脚蹬、曲中柄与齿盘 飞轮与后轮 螺丝和螺帽 分类 杠杆 轮轴 轮轴 轮轴 斜面 功能 省力 省力 省力 省距离 省力 2.自行车轮胎的材料 轮胎采用高弹性橡胶做成，高弹性橡胶不仅能增强轮胎的耐用性，还能有效吸收震动，提升骑行的舒适度。此外，轮胎、车把手和脚踏板上的花纹设计，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。 3. 增强舒适度的部件 (1)马鞍型坐垫：自行车的坐垫设计成马鞍型，能够增大与人体的接触面积，从而有效减小臀部承受的压强 (2)前叉减震器、后避震器：减震器是自行车的重要组件，能够减小在崎岖的路面上骑行时的颠簸程度，并有效限制震动传递到骑行者的身体 (3)车座下的弹簧：在崎岖的路面上骑行时，车座下的弹簧发生弹性形变，起到减震作用，从而提高骑行的舒适度。 (4)橡胶轮胎、较低的胎压也能够有效过滤掉部分路面的颠簸，从而减少自行车传递到身体的震动。 (5)脚蹬设计得较宽，是为了增大与脚的接触面积，从而减小脚部承受的压强，提高骑行的舒适度。 4. 自行车的传动装置 在驱动系统中，有两组简单机械，即省力轮轴(中轴上的脚蹬、曲中柄与齿盘)和费力轮轴(后轴上的飞轮和后轮)。 (1)在省力轮轴中，以中轴O1为支点，人通过脚蹬施加动力F1，其动力臂为l1链条对齿盘施加阻力F2，其阻力臂为l2。因l1>l2，所以该设计可以省力. (2)在费力轮轴中，整个后轮(包括飞轮)，以后花鼓的中心O2为支点，链条施加的力为动力F3，其动力臂为l3。地面对后轮施加的摩擦力为阻力F4，其阻力臂为l4。因l3<l4所以这是一个费力轮轴。 自行车能前进依靠的是人对脚蹬施加的力，通过链条传递到后轮.当我们用力蹬脚蹬时，传动装置将力传递到后轮，使后轮能够克服地面的摩擦力和其他阻力前进.当中轴上的大齿轮转动一圈时，它能带动后轮的小齿轮转动多圈，因此人每一圈，车轮带动自行车移动的距离远大于人脚蹬一圈的距离。 任务3：围绕自行车来探索 1. 拆装自行车 【活动分析】通过实践活动，熟悉工具的使用方法，并掌握拆、装等操作技能.同时，了解自行车刹车、轮胎、链条等关键结构的保养和维护方法。 【活动实施】工具：手套、扳手、螺丝刀等。 拆解过程： 第一步：通过上网查阅资料，了解自行车刹车、轮胎、链条等关键结构的保养和维护方法。 第二步：将自行车反转并支撑好，以便进行拆解。 第三步：拆卸轮子，拧下轮轴螺丝和快速释放器，然后取下车轮。 第四步：拆卸刹车，松开刹车钳上的螺丝和螺钉，取下刹车钳和柔性油管。 第五步：拆卸自行车的链条，将链条分离，并卸下链轮， 组装过程： 将拆下的部件擦拭干净，并在适当的位置加上润滑油按上述拆解过程逆序安装，并进行调试，@活动交流，通过本次实践活动，我们在拆解和组装自行车的过程中，深入了解了自行车的组成及各个部分的构造，掌握了自行车的维护和保养方法.在操作过程中，正确使用工具(如扳手，螺丝刀)至关重要，不当使用可能导致零件损坏.此外，需特别注意安装的顺序，以确保自行车组装完毕后能正常使用。 2.自行车主题征文与展示(仅供参考) 自行车设计中运用了多种仿生学原理，包括： (1)人体工学设计：车座和把手的位置根据人体结构进行设计提高了骑行的舒适度、 (2)运动模仿：踏板系统模仿腿部的自然运动，如走路和跑步，确保能量高效转化为动力。 (3)空气动力学：车架和车轮采用流线型设计，旨在减少空气阻力，提高速度，这一设计灵感来自于鸟类和鱼类的形态。 (4)震动控制：悬挂系统借鉴动物关节的结构，以吸收路面震动，提升骑行的舒适度. (5)材料使用：采用轻量化材料，如碳纤维，模仿生物结构，保持车体的轻便和坚固 (6)自适应设计：智能变速和自适应悬挂功能模仿生物的适应能力，更好地应对不同的地形这些仿生学原理提升了自行车的效率、舒适度和适应性。 问题一：自行车模型问题 1．根据你对自行车（如图）的认识，下列说法错误的是（    ） A．自行车轮胎上的花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力 B．自行车踏板上的花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力 C．自行车的车把是轮轴，可以省距离 D．自行车车轮转轴内的小滚珠是以滚动代替滑动减小摩擦力 【答案】C 【详解】A. 自行车轮胎上的花纹表面粗糙，是在压力一定的情况下，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力，故A正确，不符合题意； B. 自行车踏板上的花纹表面粗糙，是在压力一定的情况下，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力，故B正确，不符合题意； C. 自行车的车把是轮轴，动力施加在轮上，可以省力，但是费距离，故C错误，符合题意； D. 自行车车轮转轴内的小滚珠将滑动摩擦转换成了滚动摩擦，是以滚动摩擦代替滑动摩擦来减小摩擦力，故D正确，不符合题意。 故选C。 2．轮轴的实质是可以连续旋转的杠杆，如图B所示，当轮轴绕O点匀速转动时（处于平衡状态），有。如图A所示，一自行车上连接脚踏板的连杆长，由踏脚板带动半径为的大齿盘，通过链条与半径为的后轮齿盘连接，再带动半径为的后轮转动。设自行车在水平路面上匀速行进时，人蹬脚踏板的平均作用力为F，链条受到的拉力为T（同一条链条上拉力相等），地面对后轮的摩擦力为f，分别写出T与F，T与f之间的关系式。 【答案】， 【详解】自行车传动系统中有2个转动轴；对踏脚齿盘中心的转动轴可列出FR1=T1r1 所以。 对后轮的转动轴可列出 所以。 3．如图所示的是变速自行车链条、飞轮和链条轮部分的构造图（A为飞轮，B为链条轮，C为脚蹬）。保持链条在飞轮上的位置不变，在同样的路况下自行车匀速前进时，链条调至 （选填“1”“2”或“3”）处更省力。理由是 。 【答案】 3 见解析 【详解】[1][2]链条轮和脚蹬构成轮轴，调至3时阻力臂较小，阻力不变，动力臂不变，由杠杆平衡条件可知，动力最小，所以更省力。 4．自行车是当今最为环保绿色的交通工具，请你仔细观察并思考后，回答下面的问题。 (1)当自行车的脚踏板转到什么位置时，用力蹬下的效果最好？为什么？ (2)如果你搭乘他人骑的自行车，车没有停稳，就匆忙下车，请用所学物理知识解释可能发生的现象？ 【答案】(1)见解析 (2)见解析 【详解】（1）当自行车的脚踏板转到水平位置时，自行车上的人借助自身重力竖直向下蹬的效果最好。这是因为脚踏板相当于一个杠杆，竖直向下蹬脚踏板时，脚踏板处于水平位置是动力臂最长的位置。根据杠杆平衡条件F1L1​=F2L2，在阻力F2​和阻力臂L2一定的情况下，动力臂L1越大，所需的动力F1​就越小，即蹬下时越省力。 （2）人可能向前摔到。这是由于人从自行车上下来，脚接触地后停止运动，但是上身由于惯性仍然保持向前的运动状态，所以会向前摔到。 问题二：其他轮轴模型 5．如图甲所示是欧洲中世纪使用的吊车，如图乙所示是我国古人使用的绞车。关于吊车与绞车的认识，下列说法错误的是（　　） A．图甲的吊车是轮轴与定滑轮的组合 B．图甲中工人脚踩巨轮走过的距离一定大于重物上升的高度 C．图乙的绞车是轮轴与定滑轮、动滑轮的组合 D．图乙中的定滑轮改变了施力方向 【答案】C 【详解】A．图甲所示，吊车顶端是定滑轮，改变力的方向，中间是轮轴，绕着共同的一个轴转动，故A正确，不符合题意； B．轮轴省力，但是费距离，故工人脚踩巨轮走过的距离一定大于重物上升的高度，故B正确，不符合题意； C．图乙的绞车是两个定滑轮和轮轴构成的，故C错误，符合题意； D．图乙中，定滑轮只能够改变力的方向，不能改变力的大小，故D正确，不符合题意。 故选C。 6．如图所示是简单机械在生活中应用的实例，下列关于这些实例的说法正确的是（   ） A．此时甲图中的盘山公路属于斜面，可以起到省力的作用 B．忽略绳和滑轮重及摩擦，乙图中绳子自由端的拉力 C．使用丙图中的轮轴门把手，能够省力同时也能省距离 D．丁图中的筷子在使用时是省力杠杆 【答案】A 【详解】A．如图所示，盘山公路属于斜面，斜面虽然费距离，但可以起到省力的作用，故A正确； B．由图可知，有两段绳子与动滑轮接触，不考虑绳与滑轮重及摩擦，拉力等于物重的二分之一，故B错误； C．使用丙图中的轮轴门把手，能够省力但要费距离，故C错误； D．筷子在使用时，动力臂小于阻力臂，因此是费力杠杆，故D错误。 故选A。 7．明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置—辘轳，沿用至今。如图甲所示是一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶。如图甲所示辘轳可视为杠杆，用辘轳提水的某时刻示意图如图乙所示，它的支点是图中的 点。设大轮与小轮的半径比为3∶1，水桶受到的总重力为90N。使周长为3m的大轮转动一圈，小轮转动的距离为 m；若要使辘轳静止在图乙所示位置，作用在C点最小的力应为 N。（不计井绳的半径和自重） 【答案】 B 1 30 【详解】[1]支点是辘轳绕着转动的固定点，即B点。 [2]设大轮与小轮的半径比为3∶1，使周长为3m的大轮转动一圈，水桶匀速上升高度是小轮的周长，由圆的周长公式C=2πr可知，小轮的周长为大轮周长的，小轮转动的距离为 [3]若要使辘轳静止在图乙所示位置，作用在C点最小的力为垂直于BC（即半径）的力F，根据杠杆的平衡条件有FR=Gr 则作用在C点最小的力 8．如图甲是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取鼎”画面，两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中的鼎。图中的这种滑轮是 （选填“定”或“动”）滑轮，使用图乙中的这种机械 （选填“能”或“不能”）省力， （选填“能”或“不能”）省功。 【答案】 定 能 不能 【详解】[1]由图甲可知，滑轮的轴固定不动，不随物体上升而上升，是定滑轮。 [2][3]图乙由轮和轴组成，是轮轴，使用轮轴可以省力；由于使用任何机械都会产生额外功，所以使用轮轴不能省功。 【基础强化】 1．如图所示的简单机械正常使用时不属于轮轴的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】轮轴由具有共同转动轴的大轮和小轮组成，将物体沿斜面向上推可以省力，ACD所示机械均为轮轴，B是斜面，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 2．小原用如图所示的红酒开瓶器开一瓶红酒，他先旋转上端的转柄，使金属杆下端钻头插入红酒木塞，再向下按动压柄，红酒木塞就被拔出，关于红酒开瓶器，下列说法正确的是（     ） A．压柄是费力杠杆 B．钻头制成螺旋状应用了斜面可以省距离 C．钻头做得比较细是为了减小压强 D．转柄和金属杆组成轮轴 【答案】D 【详解】A．压柄的动力臂大于阻力臂是省力杠杆，故A错误； B．钻头上的螺旋，相当于较长的斜面，因为斜面高度一定时，斜面越长，使用起来越省力，故B错误； C．钻头做得比较细，根据可知，减小受力面积，增大压强，故C错误； D．转柄相当于轮，金属杆相当于轴，故转柄和金属杆一起构成了简单机械中的轮轴，轮轴在使用时动力作用在轮上，轮半径大于轴半径，相当于省力杠杆，故D正确； 故选D。 3．如图所示，下列简单机械中，不能省力的是（　　） A．动滑轮 B．定滑轮 C．斜面 D．滑轮组 【答案】B 【详解】A．理想情况下，动滑轮可以省一半的力，但不能改变力的方向，故A不符合题意； B．定滑轮只能改变力的方向，不能改变力的大小，故B符合题意； C．斜面是一种省力机械，但是费距离，故C不符合题意； D．滑轮组既能省力，也能改变力的方向，故D不符合题意。 故选B。 4．如图甲所示，公共自行车的绿色标志是由人、自行车和道路三个元素组成的，寓意绿色出行。乙图是车把手。人在水平路面上骑自行车时，下列相关说法正确的是（   ） A．自行车把手相当于轮轴 B．自行车在水平路面快速行驶过程中，人和车的重力都做了功 C．自行车受到的重力和路面对自行车的支持力是一对平衡力 D．自行车上坡前要加紧时间蹬几下，目的是增大可利用的惯性 【答案】A 【详解】A．轮轴是由一个轮和一个轴组成的，轮和轴固定在一起，在轮上用力，带动轴转动。在自行车中，把手部分就是一个轮轴的应用，我们在把手上用力，可以轻松地转动前轮，从而控制自行车的方向。故A正确。   B．自行车水平行驶的过程中，虽然人受到重力作用，但人的重心在竖直方向上并没有发生移动，因此重力没有做功。同样，自行车本身虽然受到重力作用，但自行车整体在水平方向上移动，与重力方向垂直，所以重力也没有对自行车做功。故B错误； C．平衡力是作用在同一物体上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上的两个力。在自行车行驶过程中，路面对自行车的支持力等于自行车受到的重力和人的重力之和，则自行车受到的重力和路面对自行车的支持力大小不等，不是一对平衡力。故C错误；   D．惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，它的大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大。自行车上坡前要加紧时间蹬几下，是为了增大自行车的速度，从而在上坡时由于惯性能够保持较大的速度继续向上运动，而不是为了增大惯性。惯性是物体本身的固有属性，不能通过外部作用来增大或减小。故D错误。 故选A。 5．古代的汲水装置——辘轳，由具有共同转轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶。用辘轳提水的某时刻的示意图如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．正常使用时，图甲中辘轳可视为费力杠杆 B．使用辘轳提水，不仅可以省力，也可以省距离 C．图丙中水龙头开关，②比①更省力 D．家中房门的门把手与辘轳的原理相同 【答案】D 【详解】A．辘轳的实质是轮轴，动力作用在轮上，动力臂大于阻力臂，可以省力，属于省力杠杆，故A错误； B．省力的机械必定费距离，费力的机械必定省距离，既省力又省距离的机械是不存在的，故B错误； C．水龙头开关的设计应用了轮轴，增大轮的半径可以增大动力臂，在阻力和阻力臂一定时，可以减小动力，故选择图中的①可以更省力，故C错误； D．辘轳和家中房门的门把手的设计都应用了轮轴，原理相同，故D正确。 故选D。 6．如图所示，物重为G的物体在不同的简单机械的作用下均处于平衡状态。若不计机械自重和摩擦，则拉力F1、F2、F3、F4的大小关系是（　　）    A．F2<F3=F4<F1 B．F2<F4<F1<F3 C．F4=F2<F1<F3 D．F4<F2<F3<F1 【答案】B 【详解】由题意知，不计机械自重和摩擦；第一幅图中L1=L2，为等臂杠杆，由杠杆平衡条件可得F1=G；第二幅图是滑轮组，承担总重的绳子段数n=3，则；第三幅图是轮轴，此时的，根据平衡条件得 GR=F3r 即此时的动力为F3=3G；图中使用的是动滑轮，动力作用在轮上，省一半的力，则；由此可知 F2<F4<F1<F3 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 7．如图甲所示的水龙头很难徒手拧开，将如图乙所示的钥匙安装好后（如图丙所示）就容易打开了，则此时钥匙相当于一个 （选填“斜面”“滑轮”或“轮轴”）。如图丁所示的是某风景区的一段盘山公路，盘山公路相当于简单机械中的 。 【答案】 轮轴 斜面 【详解】[1]钥匙在使用时绕中心轴转动，属于轮轴。 [2]盘山公路相当于简单机械中的斜面，利用盘山公路可以省力，但是费距离，斜面越平缓，越省力，盘山公路不能省功。 8．轮轴 （1）定义：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成，通常把大轮叫轮，小轮叫轴。 （2）实质：可看作是一个可以连续转动的 。 （3）特点：当把动力施加在轮上，阻力施加在轴上， 但费距离；当把动力施加在轴上，阻力施加在轮上， 但省距离。 【答案】 杠杆 省力 费力 【详解】[1]轮轴是一变形杠杆，是可以连续旋转地杠杆。 [2][3]常见的轮轴有方向盘、水龙头等，使用轮轴时，如果动力作用在轮上，阻力作用在轮轴上，动力臂大于阻力臂，根据杠杆的平衡条件可知，可以省力，但要费距离；相反，如果动力作用在轴上，阻力作用在轮上，可以省距离，但要费力。 9．我国古代著作《物原》中有记载：“史佚始作辘轳”。辘轳（lù lu）是指我国汉族民间提水设施，一般流行于北方地区。主要由辘轳头、支架、井绳、水斗等部分构成。如图所示，当用辘轳取水时，它属于 杠杆。把手部分做的比较宽大，是通过 的方法减小压强。 【答案】 省力 增大受力面积 【详解】[1]当用辘轨取水时，轮半径大于轴半径，即动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆。 [2]把手部分做的比较宽大，这是在压力一定时，通过增大受力面积的方法减小压强。 10．明朝罗颀《物原》中记载：“史佚（周朝人名）始作辘轳”。如图甲所示是周朝时期的一种取水工具“辘轳”。图乙所示是“辘轳”的简化图，它属于简单机械中的 ；若想使人在提水时能更省力，可以适当增加摇柄中 （填“A”或“B”）的长度。 【答案】 轮轴 B 【详解】[1][2]对于辘轳来说，其实是一个变形的杠杆，支点在轴心处，动力作用在轮上，阻力作用在轴上，所以其动力臂远大于阻力臂，故辘轳是省力机械；若增加B的长度，就增加了动力臂，因此提物体时会更省力。 【能力培优】 11．如下图所示的器械中，不是轮轴的是（　　） A．方向盘 B． 羊角锤 C． 门把手 D．螺丝刀 【答案】B 【详解】方向盘、门把手和螺丝刀都是由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的，是轮轴，而羊角锤是省力杠杆，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 12．如图所示，简单机械均不计摩擦，图中，其中最省力的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【分析】(1)图中使用的是滑轮组，n＝2，简单机械的自重、摩擦均不计，拉力FG； (2)图中使用的是轮轴，动力作用在轮上，由杠杆平衡条件可知，FR＝Gr据此求拉力大小； (3)简单机械的自重、摩擦均不计，使用斜面时Fs＝Gh，据此求力F大小； (4)求出动力臂和阻力臂的大小，利用杠杆平衡条件求F的大小。 【详解】A．图中使用的是滑轮组，n＝2，简单机械的自重、摩擦均不计，拉力FG，故A不符合题意； B．图中使用的是轮轴，动力作用在轮上，由杠杆平衡条件可知，，拉力FGG，故B不符合题意； C．在直角三角形中，斜面夹角为30°，则斜面高等于斜面长的，由Fs＝Gh得，FGG，故C不符合题意； D．动力臂 L1＝1m+2m＝3m 阻力臂L2＝1m，由杠杆平衡条件可得 FL1＝GL2 FG 故D符合题意。 故选D。 13．简单机械在生活中有广泛的应用，下列有关说法错误的是（　　） A．旗杆顶部的滑轮是定滑轮 B．齿轮是轮轴，若动力作用在轮上能省力 C．剪指甲时指甲刀上方的金属片是费力杠杆 D．盘山公路实质是一个斜面 【答案】C 【详解】A．旗杆顶端的滑轮是定滑轮，作用是改变拉力的方向，故A正确，不符合题意； B．齿轮是轮轴，动力作用在轮上，动力臂大于阻力臂，能省力，故B正确，不符合题意； C．剪指甲时，指甲刀上方金属片是省力杠杆，动力臂大于阻力臂，故C错误，符合题意； D．盘山公路实质是一个斜面，能省力，却费距离，故D正确，不符合题意。 故选C。 14．如图所示，为光滑斜面，且的长度大于的长度。小明分别沿斜面用力将重为G的物体匀速推上同一辆货车。物体从斜面底被推上货车所用的时间分别为，推力的功率分别为，已知。不考虑空气阻力，下列说法中正确的是（　　）    A． B． C． D． 【答案】A 【详解】为光滑斜面且不计空气阻力，利用斜面（设长为l，高度为h）做的功等于不用斜面直接用手做的功，即 Fl=Gh 故推力F为 因的长度大于的长度，故有 推力做的功等于Gh，故推力做的功相等，根据，已知，故有 故A正确，BCD错误。 故选A。 15．如图，G1=30N，台秤示数18N，不计一切摩擦和滑轮的重，物体G2重（   ） A．12N B．18N C．28N D．33N 【答案】D 【详解】图中是一定一动的滑轮组，n=2，不计一切摩擦和滑轮的重，物体G2对滑轮组的拉力 台秤示数，物体G2对台秤的压力F压=18N，因为物体G2对台秤的压力等于物体G2的重力减去拉力F，即，所以 故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 16．图甲是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取鼎”画面，两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中鼎。图甲滑轮是 （选填“定”或“动”）滑轮，使用图乙中机械 （选填“能”或“不能”）省力。 【答案】 定 能 【详解】[1]图甲滑轮的轴固定不动，不随物体上升而上升，是定滑轮。 [2]图乙中机械由轮和轴组成，是轮轴，动力施加在轮上，使用轮轴可以省力。 17．如图甲是《天工开物》中记载的一种农业生产汲水装置一一辘轴 (1)图乙是它提水时的示意图，为方便提水，应按照 （选填“省力”或“费力”）杠杆来设计，支点是 点，动力的作用点在 点（后两空选填“A”“B”或“C”）； (2)图乙中动力臂和阻力臂的之比为5∶1，若， ；现将总质量为的水和桶从井中匀速提起，人们在摇把末端施加的力至少需要 N。 (3)图丙中水龙头开关的设计也应用了同样原理，开关选用 （选填“①”或“②”）效果更好。 【答案】(1) 省力 B C (2) 75 100 (3)① 【详解】（1）[1][2][3]辘轳的实质是轮轴，为方便提水，动力作用在轮上，即动力的作用点在C点省力；支点是绕着转动的固定点，即B点。 （2）[1]图乙中动力臂和阻力臂的之比为5∶1，阻力臂，动力臂为 [2]根据杠杆的平衡条件有 人们在摇把末端施加的力至少需要 （3）水龙头开关的设计也应用了轮轴，增大轮的半径可以增大动力臂，在阻力和阻力臂一定时，可以减小动力，故选择图中的①可以更省力。 18．人们为生活的方便，常常使用机械，使用机械时有时可以省力，有时可以省距离，但都不能省 ．如图所示使用的机械的目的是为了省 ．该同学把重为400N的物体从长为 2m的木板上推到高0.5m的车上（假设木板光滑），则在此过程中，人施加的推力至少为 N． 【答案】 功 力 100 【详解】 (1)我们使用机械时，有时省力，但要费距离；有时省距离，但要费力；但都不能省功．(2)如图使用的是斜面，可以省力，但要多走距离；人克服货箱重力做功：W＝Gh＝400N×0.5m＝200J，假设木板光滑，推力做功：W′＝FS＝Gh＝200J，所以推力大小：F＝＝100N. 点睛：（1）由功的原理知道，使用任何机械都不会省功，省力的费距离，费力的省距离．（2）图中使用的是斜面，可以省力；利用W＝Gh求出人克服货箱重力做功，假设木板光滑，推力做的功等于直接提升h做的功，即FS＝Gh，据此求出推力大小． 19．如图所示，轮半径是15 cm、轴半径是3 cm，轮缘挂一重为10 N的物块A，轴悬线与重为60 N的物块B相连，A和B两个物体和轮轴都静止不动，悬线已被物块A拉紧，则物块B受到的拉力是 N，B对地面的压力是 N． 【答案】 50 10 【详解】(1) 设轮半径为R，轴半径为r 根据轮轴原理：GA×R＝FB×r 即：FB50N， (3)金属块B受到重力、绳子的拉力以及地面支持力的作用， 根据力的平衡知识可知：GB＝FB+F支； 因此支持力：F支＝GB−FB＝60N−50N＝10N； B对地面的压力是等于支持力，即压力为10N． 20．甲图是我国政府为缓解山区人民出行难的问题而修建的盘山公路，汽车沿着盘山公路可以驶上高耸入云的山峰，盘山公路修的弯弯曲曲，其主要目是为了 （选填“省力”、“省距离”或“省功”），汽车从山底静止出发，到达山顶后停止，则汽车在山顶时的动能 （选填“大于”或“等于”或“小于”）汽车在山底时的动能；乙图是用螺丝刀将螺纹钉旋进木板的情景，手柄 （选填“粗”或“细”）一些的螺丝刀用起来更省力。 【答案】 省力 等于 粗 【详解】[1]盘山公路修的弯弯曲曲，是为了使斜面更长，斜面越长越省力。 [2]汽车在山底静止，速度为0，动能为0；在山顶时也是静止，速度为0，动能为0。所以汽车在山顶时的动能等于汽车在山底时的动能。 [3]螺丝刀相当于轮轴，根据杠杆平衡条件F1R=F2r可知，手柄粗一些用起来更省力。 21．在生产、生活中，人们常会用到轮轴，轮轴由具有公共转轴的轮和轴构成。 （1）辘轳就是轮轴的一种，它的截面图如右图所示，辘轳也可以看成是杠杆的变形，辘轳的把手转动一圈就是如图所示的轮，作用在把手上的力为动力F1，水桶对轴向下的拉力是阻力F2，请在辘轳的截面图上画出辘轳的杠杆示意图。通过示意图可以发现辘轳是 （省力/费力）杠杆。 （2）动手探究：选用铅笔（或其他一端粗一端细的笔）探究轮轴的特点。 ①左手捏紧笔尖，右手旋转笔身，则左手 （能/不能）使笔尖保持不被旋转。 ②左手捏紧笔身，右手旋转笔尖，则左手 （能/不能）使笔身保持不被旋转。 ③当笔身转动一圈，笔尖也转动一圈，由于笔尖的直径小于笔身的直径 （省/费）距离。 ④根据以上实验，铅笔相当于轮轴，笔身相当于 （轮/轴），笔尖相当于 （轮/轴），所以使用轮轴时，当轮带动轴 （省/费）力，但 （省/费）距离。 【答案】 省力 不能 能 费 轮 轴 省 费 【详解】（1）[1]轮轴的实质相当于杠杆。其支点在轴心，动力作用在轮上。 图 由图知，动力臂远大于阻力臂，为省力杠杆。 （2）①[2]在实际操作过程中，根据轮轴的特点，左手捏紧笔尖，右手旋转笔身，则左手不能使笔尖保持不被旋转。 ②[3]在实际操作过程中，根据轮轴的特点，左手捏紧笔身，右手旋转笔尖，则左手能使笔身保持不被旋转。 ③[4]在实际操作过程中，根据轮轴的特点，当笔身转动一圈，笔尖也转动一圈，由于笔尖的直径小于笔身的直径，所以捏住笔管的手比捏住笔头的手费距离。 ④[5][6]用铅笔探究轮轴的实验时，笔管相当于轮，而笔头相当于轴。 [7][8]因为轮轴相当于省力杠杆，所以使用轮轴时，当轮带动轴，则省力，但费距离。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$