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探究自行车变速的原理
探究自行车变速的原理
(一) 研究小组人员
课题组成员:初三直升班陈可凡、郑满潮
(二)课题研究的目的
生活处处有物理,物理知识能广泛运用于生活中的各个领域。但是与生活相关的一些物理现象的原理我们会感到迷惑。例如自行车,自行车经过多年来的更新换代,已经变得与初代的自行车有所区别,变速meiwen.anslib.com已经成为很多自行车都有的功能。现在,就让我们探究一下自行车变速的原理,解开大家的迷惑,从而操作自行车时更加得心应手。
(三)课题研究的步骤
1、确定探究的方向
2、实物探究,收集数据
3、研究数据,得出结论
(四)课题组分工
陈可凡:实验探究、数据排版
郑满潮:实物探究、图片收集
(五)研究过程
1、分析变速自行车的结构
通过收集到的各种资料显示,大多数变速自行车的结构如下图所
示
而自行车的变速系统:
前变速器
工作原理:拨动前拨把,通过变速线,拉动前后变速器,变速器改变位置而改变了链条的位置,因此链条可以跳到不同的齿轮上,而改变速度(俗称重度)。
2、数据分析 那众所周知,自行车变速是通过改变链条和不同的前、后大小的齿轮盘的配合来改变车速快慢的。因此我们只要列举以下2种方案进行分析,就能知道自行车变速与齿轮大小的关系:
(1)前齿轮最小,后齿轮也最小
(2)前齿轮最小,后齿轮最大
(3)前齿轮最大,后齿轮最小
(4)前齿轮最大,后齿轮也最大
(前轮半径R前、后轮半径R后恒定)
方案(1):
如图所示
方案(2):
如图所示
方案(3)
如图所示
方案(4)
如图所示
3、对照实验 结合生活实际情况(后轮半径R恒定,前齿轮的轴半径r恒定,自行车前齿轮坐匀速圆周运动),当自行车前齿轮的轴运动状态保持不变时:
① 对比方案1、2(3、4同理):
此时2种方案前齿轮的轴运动状态完全一致,则前齿轮的轴角速度ω相等,在同一个轮轴中,轮的角速度与轴的角速度相同,所以前齿轮的线速度均为
VB=ω*rB
方案1中后齿轮线速度为
VA=VB=ω*rB
后轮的线速度为
V1=(ω*rB*R)/rA
方案2中后齿轮受力为
VC=VB=ω*rB
后轮的线速度为
V2=(ω*rB*R)/rc
而rA<rC
所以V1>V2
②
③ 对比方案1、3(2、4同理)
此时2种方案前齿轮的轴运动状态完全一致,则前齿轮的轴角速度ω相等,在同一个轮轴中,轮的角速度与轴的角速度相同,所以
方案1中前齿轮线速度为
VB=ω*rB
后齿轮线速度为
VA=VB=ω*rB
后轮的线速度为
V1=(ω*rB*R)/rA
方案3中前齿轮线速度为
VD=ω*rD
后齿轮线速度为
VA=VD=ω*rD
后轮的线速度为
V3=(ω*rD*R)/rA
而rB<rD
所以V1<V3
(六)得出结论
通过总结上述方案对比,我们会发现,如果自行车的前齿轮越小,后齿轮越大,速度越慢;如果自行车的前齿轮越大,后齿轮越小,速度越快。
(七)反思
由于我们掌握的知识不够全面,实验可能会有一点局限性,但有关理论我们都已经做过相关的研究,结论大体上还是正确的,具有真实性。
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