中 卫 五 中 物 理 教 案 内容 侧记 教学课题：自行车力学原理研究 教学目标: 知识与技能 1、通过对自行车的结构来认识力学原理 2、复习力学内容 情感态度与价值观： 1、通过自行车使用，培养学生严谨的科学态度与协作精神。 2、通过对自行车的力学原理分析，达到复习力学知识的目的，获得成功的喜悦。 教学重点和难点 重点:自行车力学原理。 难点: 自行车力学内容。 新课引入：实物自行车 一 . 车型构造 从整个车身来看，自行车的骨架采用了三角形结构，此结构具有稳定性，不易变形，并运用了空心管材料，即坚固轻便又美观大方。车身下方有大小不同的两链盘。后轮轴心处一般安有一脚撑，停放车时可助车斜立起来。 车的前后各有一轮胎，前轮与车头相连，用于控制方向;后轮与后链盘相连，骑车时是全车的驱动轮。以前两车轮的轮圈是钢制的，现在一些自行车改用铝合金做轮圈，与钢相比，铝合金既不易生锈，又减轻了车身的重量，更耐用。 两车轮上方均有一“雨篷”，用于防止自行车行驶在有水的路面上时，轮胎绕动把水溅到人的身上。有的自行车在后轮上方还有一后架，用于载人或运载东西。 二 ．研究出关于自行车的力学问题 1．摩擦力(自行车有哪些增大有益摩擦和减小有害摩擦的地方？) (1)增大有益摩擦的办法 起动力作用的摩擦 自行车两车轮上都安有左右两刹车皮，通过查阅资料得知：为了增大摩擦力，刹车皮上都有一些花纹。当人刹车时，刹车皮紧紧压在钢圈上，采用具有很大动摩擦因数地刹车皮与钢圈接触，当N增大时，使得摩擦力迅速增大，轮胎由相对地面的滚动变为滑动，由于滑动摩擦力远大于滚动摩擦力，实现了使车及时停下来。但由牛顿第一定律（即惯性定律）可知，由于车原先具有一定的速度，所以刹车后仍会向前运动一段距离。 车的手把、踏板和外胎的设计原理与刹车皮相仿。车外胎、手把一般也采用有花纹的橡胶制成，手把的设计使骑车的人能更好地握紧车头而更安全的控制车向。踏板一般采用有粗糙花纹的塑料制成。那为什么踏板要用塑料制而不是更为粗糙的橡胶呢？这是因为橡胶质软，虽然在相同条件下其最大静摩擦力一般远远大于塑料，但无法支撑脚对它的压力而发生形变。所以，要采用比较坚硬的塑料。 当人骑在自行车上时，通过脚踏板连接车链使后链盘转动，带动后轮转动，此时，自行车后轮是主动轮 ，它表面与地面接触的各个部分在与地面接触的瞬间都有一个相对于地面向后运动的趋势，因此，后轮受到地面一个向前的静摩擦力，这个力推动整辆自行车向前运动，这个力就是自行车的主动力。 (2)减小有害摩擦： 起阻碍作用的摩擦 当人骑在自行车上时，自行车除了后轮受到地面向前的摩擦力外，前轮还同时受到地面的阻力。就是前轮相对于地面向前运动时，地面对前轮有一个向后的摩擦力，阻碍车向前运动，，这时，该摩擦力就起了阻碍作用。 自行车上的所有转轴，如中轴、前后轴、飞轮、脚踏板、转轴等部件都要减小摩擦，它们在工作时一般都有起阻碍作用的摩擦力产生，这些摩擦力都会增加我们骑车的难度，我们要减小这些摩擦力，一般都是通过滴润滑油来实现的，并且车轮上的滚动轴承还利用滚珠来减小摩擦。 2 . 杠杆 自行车的车头是转向装置，它采用T字型结构，既显得美观又有实用价值。它是一个省力杠杆，由FL=F´L´（动力×动力臂=阻力×阻力臂）可知，两手把间的距离越大，则转变所需的力约小，但这个力太大或太小都会使人难以控制方向，且两手把间的距离太大会使人双臂不舒服，因此，两手把间的距离一般与肩同宽，这样设计既便于控制方向，又使人双臂舒适。 同样，刹车手把也是一省力杠杆，刹车把安在手把的前方或下方，便于刹车。它经过钢丝与刹车皮相连，刹车手柄比自行车手略短，它是杠杆的动力臂，当人手捏刹车柄时，刹车柄拉动钢丝，钢丝具有向上拉力，此拉力在钢丝另一端分解为拉动车轮左右两刹车皮的斜向上拉力，经轴承使两刹车皮在左右两个方向同时压在车轮轮圈上，达到刹车的目的。 有变速器的自行车的变速手把也和刹车手把是同一原理。 3. 压力与压强 脚踏板一般表面积都比较大，那它为什么要有大的面积呢？对于这个问题，得出了结论：由P=F/S可得，当人以相同的力F踩脚踏板时，面积S增大，则脚踏板对人脚底的压强P减小了，使人在骑车时不至于脚底产生疼痛感。 车座也一样，车座的面积大一些，可以增加人与车座的接触面积，减小车座对人的压强，使臀部不会疼痛。 4. 弹簧与弹力 自行车的车座下面安有弹簧，坐垫一般用泡沫、海绵、皮料制成。这样的设计使车座具有避震作用。当自行车行驶到凹凸不平的路面时，人随着车起伏上下震动，弹簧的弹力增加了人与坐垫的接触时间。小组成员又通过上网查询资料，得到了冲量公式I=Ft（I为震动冲量，F为两物体接触力，t为接触时间）。当震动中冲量I不变，接触时间t增长，则人与坐垫的接触力F减小，起到了缓冲的作用。所以，如果没有这样设计，人坐在车上就会被震得更厉害，这也是坐在后架上的人臀部总比坐在车座上的人痛的原因。 装有减震器的山地车也是根据这个原理在车头和车身装上了弹簧，使其避震效果得到加强。 而车轮之所以要用冲气的轮胎，是用空气阻隔了钢圈与地面的接触，同时又采用富有弹性的橡胶胎做自行车的内胎，都是为了达到减震的效果，这也是车胎要充足气但又不能过饱满的另一原因。 5. 滑轮 自行车后轮的运转就是根据滑轮的原理设计的。人脚踩脚踏板时带动前链盘转动，前链盘又通过链条带动后链盘转动，前后链盘转动的角速度相同，后链盘又带动后轮转动，则链盘与后轮的角速度相等，但后轮的半径远大于链盘半径，由此后轮线速度增大，提高了车速。 这符合物理定律：滑轮不能省功（省力费距离，省距离费力）。 6、惯性：自行在不用力蹬时，仍然能够运动，这是为什么？ 7、能量及能量转化：上坡与下坡中自行车有哪些能量？并且有哪些能量转化 教学后记： 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/8f8f3fdd6294dd88d0d26b96.html