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1、研究性学习开题报告表课题名称自行车上的力学知识课题组的构成组长孙卓滨导师周鑫组员李晶晶、陈玉宇、符发娥、王勇妍、陈丽娟、陈继尧、符季颖、李仁、唐天喜课题选择缘由运用所学知识探索身边的事物，使知识得到巩固和更深一理的理解课题研究的目的与意义目的：对自行车的解剖以探索其中的物理知识；意义：增强实践能力与动手能力；课题研究的预期成果了解自行车上的力学知识并结合物理知识，进一步深究所需场地、设施、器村条件学校计划访问人员导师：周鑫，物理老师：王满兰题研究计划课活动安排活动时间活动内容活动形式5月15日一5月25日制作开题报告全组成员5月25日一6月5日观察、思考自行车上的力学知识小组成员6月5日一6月
2、查找资料小组成员10日6月10日一6月25日制作中期报告全组成员7月1日一8月1查找资料，分组讨论，解决提出的问题。小组成员8月1日一8月25日制作结题报告全组成员陈玉宇、符季颖制作PPT、发表、整理、论文李晶晶、陈丽娟查找资料、将查到的资料整理小组分工符发娥、王勇妍分类、询问老师、提出问题陈继尧设计方案唐天喜、李仁、根据讨论出来的结果设计出一系列的相关活动、组织安排孙卓滨活动时间、整理结果导师意见同意开题自行车上的力学知识（研究过程记录）活动安排活动时间活动内容活动形式5月15日一5月25日制作开题报告全组成员5月25日一6月5日观察、思考自行车上的力学知识小组成员6月5日一6月10日查找资
3、料小组成员6月10日一6月25日中期整理全组成员7月1日一8月1日查找资料，分组讨论，解决提出的问题。小组成员8月1日一8月25日制作结题报告全组成员小组分工陈玉宇、符季颖制作PPT、发表、整理、论文李晶晶、陈丽娟查找资料、将查到的资料整理符发娥、王勇妍分类、询问老师、提出问题陈继尧设计方案唐天喜、李仁、孙卓滨根据讨论出来的结果设计出一系列的相关活动、组织安排活动时间、整理结果研究性学习结题报告一、报告课题：自行车上的力学知识二、课题组成员：陈玉宇、符季颖、李仁、陈继尧、唐天喜、李晶晶、符发娥、陈丽 娟、王勇妍、孙卓滨三、课题指导师：周鑫四、内容摘要：通过研究性学习，我们自己发现问题自己解决问
4、题，大大丰富了我们 的思维方法。通过研究开拓自己的见识，增强团结互助的意识。我们为了了解自行车上的力 学知识，以及解决方法，采用了上网查询，实验观察等诸多方法来了解自行车上的力学知识。五、索引关键词：自行车，力学知识，改进六、正文绪论DAHON公司致力于创造世界最精美折叠自行车已长达二十多年，稳步提升设计的基础 上从而创造出更坚固、更轻便车架和更易操作的DAHON折叠车。自行车应该是折叠方便、 持久耐用、经济实惠，重量超轻，同时最重要的一点是安全可靠。DAHON的专利技术已经 使折叠自行车设计产生了革命性变化。其创立者韩德玮博士洞觉使用折叠自行车可减少对石 油这种不可再生能源的依赖。他觉察到折
5、叠自行车将广泛应用于多元化交通的前景。大多数 折叠自行车前端头管不够坚固。我们将头管加长并将其直径加大，使其更坚固、刚硬，从而 解决了这个问题。世界许多国家把自行车视作绿色交通工具，因为它不需任何能源，无污染， 无噪音，结构简单，使用方便，但却靠人力驱动才能行驶，遇到上坡或者逆风行驶常常可以 看到不少骑行者是非曲直推车而行。自行车另一个缺欠是没有减振装置，在快速行驶时，骑 行者多以双臂用力支撑上身，所以来自地面颠簸，通过双臂对大脑神经严重影响，如果长途 跋涉，其疲劳程度是可想而知的。总之，节力、减振是当今自行车存在的两个大问题。郑向 群高速减振自行车就是专门针对上述两个问题而精心设计的，它们的
6、最大特征是有一个非常 特殊的车架，能把骑车者的自身重量变成一种向前推时的动力能,所以闸开车行，闸闭车停。 就是说，平地不用脚蹬车子便会自动启行，而且速度还会迅速加快，只在逆风行驶时、上坡 时才需要脚踏驱动。第二特征是快而节力，因为驱动不是完全靠脚蹬，所以格外感到轻便, 因此本车无需采用复杂昂贵的变速机构，以直接加大齿速比。第三个突出特点是骑用时非常 舒适，这是因为除车架本身具有弹性外，在前轮和车座产管上还有减振装置。高速减振自行 车结束了自行车不能自行的历史，为自行车的发展揭开了崭新的篇章。它们是当今世界上速 度最快、最节力、最舒适无与伦比的一种自行车，性能虽然优越，但由于结构简单，造价并 不
7、高于传统自行车，车型美观大方，把式新颖多样，可以随意调装。课题研究的目的和意义：对自行车的解剖以探索其中的物理知识；通过研究性学习， 我们自己发现问题自己解决问题，大大丰富了我们的思维方法。研究开拓自己的见识，增强 团结互助的意识。报告主体1、运动原理自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中，其基本部件缺一不可。其中， 车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大致可将 其分为导向系统、驱动系统、制动系统。1.1导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来 改变行驶方向并保持车身平衡。1.2驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、
8、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后 轮等部件组成。人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的， 从而使自行车不断前进。1.3制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、 停驶、确保行车安全。此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。脚蹬部件：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的 装置。自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄、中轴、链条飞 轮，使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑 车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。脚踏：可
9、分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须 安全可靠，具有一定的防滑性能。车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量，提高强度，较高 档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，自行车应该采用流线型的钢管。由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在 行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度 的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。外胎：分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大, 能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行
10、驶，具有阻力小， 行驶轻快等优点。前叉部件：前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架 部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起 到控制自行车行驶的作用。前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件应该具有足够 的强度等性质。链轮：应该用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相 含。飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。当停止 踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍
11、然带动芯子和千斤向前转动， 这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧。当千 斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到 齿根上，发出嗒嗒”的声响。芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出嗒 嗒”的声音。当反向踏动脚踏时，夕卜套反向转动，会加速千斤的滑动，使嗒嗒”声响得更急 促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种 不同的传递比，从而改变了自行车的速度。链条：链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链 轮传递到
12、飞轮和后轮上，带动自行车前进，应该减少链条的宽度，使它与齿轮紧密接触，减 少掉链的几率。2、自行车的力学知识2.1运动和力的应用2.1.1增大和减小摩擦自行车在行驶的过程中，各个相互接触的部件间产生相对运动，这些地方就存在摩擦。 手与车把间摩擦、车轮与地面间摩擦、闸皮与车轮间的摩擦等都是有益摩擦。用摩擦系数较 大的橡胶制作车把上的胶套，在胶套上刻上花纹来增大手与车把间摩擦；在轮胎外壳上刻上 花纹来增大车轮与地面间摩擦；，采用增大压力的方法来增大闸皮与车轮间的摩擦。前轴、 中轴、后轴、脚蹬、车把与车架间等各个转动部位的摩擦都属于有害摩擦。减小这些有害摩 擦的方法是在转动部位安装轴承，利用滚动摩擦
13、代替了滑动摩擦；通过向这些部位加上黄油 （钙基润滑脂）或机油进行润滑。摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗 糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的 花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行 车打滑。自行车的外胎，车把手塑料套、踏板套、闸把套等处均有凹凸不平的花纹以增大摩擦， 刹车时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对车轮钢圈的压力，以达到制止车轮滚动的目的， 刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，变滚动为滑动后，摩擦大大增加，所以车能够迅 速制动。车的前轴，中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩
14、擦，人们常在这些 部位加润滑剂。多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可以迅速停驶。而 在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。 轮胎上的花纹：增大摩擦。刹车皮：增大压力，增加摩擦。链条和齿轮：增加粗糙程度，加大之间的摩擦。2.1.2弹簧的减震作用车的座垫下安有粗的螺旋状的弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。轮胎的减震作用：在自行车车胎中充有适量的压缩空气，压缩空气具有很大的压强， 可以增强弹性。同时在车的鞍座中装有弹簧，通过弹簧的弹性形变减弱车的震动。通过这些 方法可以使自行车骑行平稳，减少颠跛。2.2
15、压强知识的应用2.2.1自行车负重自行车的车胎上刻有载重量，明确告诉人们不能超载，如车载过量，车胎受力面积不 变，则车胎受到太大的压强将被压破。自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、 温度一定时，气体的质量越大，压强越大。2.2.2车座上的物理座垫呈马鞍型，它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车时 感到较舒适。2.3简单机械知识的应用自行车是一种机械，它由许多的简单机械构成：执行部分中的车把、控制部分中的车 闸把、后闸部件中的前曲拐、后曲拐及支架、货架上的弹簧夹、车铃的按钮等部件都属于杠 杆。传动部分中的脚蹬与大齿轮盘构成一个动力作用在轮上的省力轮轴，飞轮与后轮则构成 一个动力作用在轴上的费力轮轴；执行部分的车把也可以看作一个轮轴。自行车的各个部件 是靠螺丝来连接和紧固的，螺丝上的螺旋是一个绕在圆柱体上的斜面。自行车制动系统中的车闸把与
