物理校本课程教材《身边的物理学》-修订编选

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1、古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 1 页2015-9-15（第二次修改） 校 本 课 程 教 材 （物理科） 古柏小学古柏小学 物理组物理组 编著编著 身身 边边 的的 物物 理理 学学 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 2 页2015-9-15（第二次修改） 目 录 第一课、自行车中的物理知识堂教学-（3） 第二课、过山车中的物理知识 -（10） 第三课、江河大堤与水库大坝 -（13） 第四课、体育中的物理-（16） 第五课、汽车安全气囊系统组成及其工作原理-（23） 第六课、电饭锅工作原理及保养常识-（30） 第七课、微波炉的工作原理-（33）

2、第八课、 了解冰箱的构造-（42） 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 3 页2015-9-15（第二次修改） 第一课第一课 自行车中的物理知识自行车中的物理知识 自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，常见的有普 通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自 行车等它结构简单，方便实用，下面分别介绍自行车的有关原 理和其中涉及到的相关物理知识。 （一）自行车的有关原理 一、 车体设计原理 ：手把连接前轮的转向机制是 轮轴的运用，一般女装车手把大多比 较宽，就是因为把 “轮” 的半径加大， 可 以更省力， 骑起来很优雅 ：剎车把手是一个简单的杠 杆，使用者用很

3、小的力就可对剎车片 产生很大的压力 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 4 页2015-9-15（第二次修改） ：前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在接地点产生向 后的摩擦力来使车体减速以前轮夹式剎车和传统后轮轴心的盘 式剎车来比较，对同样大小的剎车压力而言，前者因力臂较长， 会比后者有较大的力矩，效果较佳 ：接地的轮胎也是靠摩擦力使车子前进，剎车也是同样道 理 ：轮轴中央用滚珠轴承加黄油来减少摩擦，提高传动效率 ：踏板是轮轴的运用 ：前后齿轮是利用链条传动的 齿轮系统，因为前大后小，所以费力 而省时，可以把车子加速到很快 ：后齿轮传动给后轮是一种作 用力施在轴上的轮轴系统

4、 ：有些座垫下方是以弹簧为避 震器，是弹簧在日常生活中除了做为弹簧秤外，另一大用途 ：新型自行车有些装上油压避震器，是帕斯卡原理的运用 二、为何自行车刚骑动时手把会不自觉转动？ 自行车基本上是两点着地，骑动时可以不倒下是因为两轮滚 动时产生水平方向的角动量；当车子几乎静止时角动量消失了， 质心要通过底座(人和车体在地面的投影)的机会非常少，不可避 免就要倒下，此时若转动手把就会产生垂直方向的角动量，使车 子保持平衡，这点和飞盘转动时可以保持平稳飞行有异曲同工之 妙，但因为转动不是很完整，方向又一再改变，所以一般不能撑 很久 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 5 页2015

5、-9-15（第二次修改） 三、变速原理 设前齿轮半径 a、后齿轮半径 b，a/b 的比值愈大，可以愈省 力， 但省力一定较费时， 所以车骑得不快， 一般在起动时会把 a/b 调小一点，比较容易克服最大静摩擦力，之后再把比值变大一 辆十段变速的自行车有两个不同半径的前轮，后面有五个，以共 有十种组合 四、剎车原理 从运动学的角度来看，急剎车车子可能向前翻倒先考虑前 轮剎死的情形：此时以前轮着地点为支点，因车子有向前的惯性 (人车的质心明显在支点右上方)，很容易有向前翻的情形发生； 那后轮剎车的情形又如何呢?如果后轮剎死了车子的惯性一样向 前，但此时前轮对地面的压力会增大，相对减少后轮的下压力，

6、所以翻车的机会较少，当然若是向前的惯性实在太大，车子一样 会以前轮为支点旋转而使后轮会上跷 综合以上可知：自行车最好不要单独剎前轮，若只有一 个剎车系统应装在后轮，当然两轮一起剎车最理想不论用那一 轮剎车，前轮的下压力一定会增大，后轮的一定减少，所以前轮 的剎车摩擦力比后轮的大所以在机车或汽车上，效果较佳(当然 也较贵)的碟式剎车装在前轮，后轮再装鼓式剎车，此即常在汽车 广告中听到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎车一定同 时作用，以免翻车 （二）自行车中的物理知识 图 1 和图 2 是两种常见的自行车，在其中涉及到很多物理知 识，包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及 古

7、柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 6 页2015-9-15（第二次修改） 光学知识，下面具体来分析一下 一、力学知识 1摩擦方面 (1)自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些 花纹，增大接触面粗糙程度增大摩擦力 (2)车轴处经常上一些润滑油，以减小接触面粗糙程度，来减 小摩擦力 (3)所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩 擦，转动方便 (4)刹车时，需要纂紧刹车把，以增大刹车块与车圈之间的压 力，从而增大摩擦力， (5)紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向向前，是自行 车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向向后，是自行车前进的阻 力；自行车靠惯性前进

8、时，前后轮受到的摩擦力方向均向后，这 两个力均是自行车前进的阻力 2压强方面 (1)一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大约为 S=2 10Cm5cm=100cm2，当一普通的成年人骑自行车前进时，自 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 7 页2015-9-15（第二次修改） 行车对地面的压力大约为 F=(500N+150N)=650N，可以计算出自 行车对地面的压强为 6.5104Pa (2)在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，减小压 强 (3)自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它 对脚的压强， (4)自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、温

9、度一 定时，气体的质量越大，压强越大 (5)自行车的车座做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对 身体的压强 3轮轴方面 (1)自行车的车把相当于一个轮轴， 车把相当 于轮， 前轴为轴， 是一个省力杠杆，如图 3 所示 (2)自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮 轴，实质为一个省力杠杆 (3)自行车的飞轮也相当于一个省力的轮 轴 4杠杆方面：自行车的刹车把相当于一个省力杠杆 5惯性方面 (1)当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然向前 走，是由于它有惯性 (2)当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，一般情况下要先 捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是 为了防止人由于惯性而

10、向前飞出去 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 8 页2015-9-15（第二次修改） 6能量转化方面 (1)当人骑自行车下坡时，速度越来越快，是由于下坡时人和 自行车的重力势能转化为人和自行车的动 能 (2)当人骑自行车上坡之前要紧蹬几 下，目的是增大速度，来增大人和自行车 的动能，这样上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些 (3)如图 4 所示， 自行车的车梯上挂有一个弹簧， 在它弹起时， 弹簧的弹性势能转化为动能，车梯自动弹起 7声学方面 (1)自行车的金属车钤发声是由于铃盖 在不停的振动，而汽笛发声是由于汽笛内的 气体不断的振动而引起的 8齿轮传动方面 (1)线速

11、度和角速度的关系，如图 5 所 示， 设齿轮边缘的线速度为v v ，齿轮的半径 为 R，齿轮转动的角速度为，则有v v = R 二、热学知识 在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，是为了防止自行 车爆胎， 因为对于质量、 体积一定的气体， 当温度越高， 压强越大， 当压强达到一定程度时，若超过了轮胎的承受能 力，就会发生爆胎的情况 三、光学知识 在日常生活中，自行车的后面都装有一个反光 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 9 页2015-9-15（第二次修改） 镜，它的设计很巧妙，组成如图 6 所示，它是由三个相互垂直的 平面镜组成一个立体直角， 用其内表面作为反射面， 这

12、叫角反射 器当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回” ， 当光线射向反光镜时，会使后面的人很容易看到在夜间，当汽 车灯光照到它前方的自行车尾灯上，无论入射方向如何，反射光 都能反射到汽车上，其光强远大于一般的漫反射光，就如发光的 红灯，足以让汽车的司机观察到 四、电学方面 在有些自行车上装有小型的发电装置，它利用摩擦转动，就 像我们在实验室中看到的手摇发电机一样，发出的电能供给车灯 工作，起到一定的照明作用 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 10 页2015-9-15（第二次修改） 第二课 过山车中 的物理知识 第二课 过山车中 的物理知识 过山车是一项富有刺

13、激性的娱 乐工具。那种风驰电掣、有惊无险 的快感令不少人着迷。如果你对物 理学感兴趣，那幺在乘坐过山车的 过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实 际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车 时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加 速度和力交织在一起产生的效果，那 感觉真是妙不可言。这次同物理学打 交道不用动脑子，只要收紧你的腹 肌，保护好肠胃就行了，当然，如果 你的身体条件和心理承受能力的限 制，无法亲身体验过山车带来的种种 感受，你不妨站在一旁仔细观察过山 车的运动和乘坐者的反应。 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 11

14、 页2015-9-15（第二次修改） 在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推 上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供 动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的发 动机将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为 引力势能这样一种不断转化的过程构成的。第一种能，即引力势 能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由 引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高 点时达到了最大值，也就是当它爬升到山丘的顶峰时最大。当 过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了）， 但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。

15、不过，在能 量的转化过程中， 由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量， 从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什幺要设计 成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有 上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最 后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事 实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节 车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引 力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节 车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离 古柏小学初中物理校本课程 身边的物理学 审核:覃辉云第 12 页2015-9-15（第二次修改） 的感觉，因为质