探究自行車變速的原理

探究自行車變速的原理

（一） 研究小組人員

課題組成員：初三直升班陳可凡、鄭滿潮

（二）課題研究的目的

生活處處有物理，物理知識(shí)能廣泛運(yùn)用于生活中的各個(gè)領(lǐng)域。但是與生活相關(guān)的一些物理現(xiàn)象的原理我們會(huì)感到迷惑。例如自行車，自行車經(jīng)過多年來的更新?lián)Q代，已經(jīng)變得與初代的自行車有所區(qū)別，變速m.dameics.com已經(jīng)成為很多自行車都有的功能�，F(xiàn)在，就讓我們探究一下自行車變速的原理，解開大家的迷惑，從而操作自行車時(shí)更加得心應(yīng)手。

（三）課題研究的步驟

1、確定探究的方向

2、實(shí)物探究，收集數(shù)據(jù)

3、研究數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

（四）課題組分工

陳可凡：實(shí)驗(yàn)探究、數(shù)據(jù)排版

鄭滿潮：實(shí)物探究、圖片收集

（五）研究過程

1、分析變速自行車的結(jié)構(gòu)

通過收集到的各種資料顯示，大多數(shù)變速自行車的結(jié)構(gòu)如下圖所

示

而自行車的變速系統(tǒng)：

前變速器

工作原理：撥動(dòng)前撥把，通過變速線，拉動(dòng)前后變速器，變速器改變位置而改變了鏈條的位置，因此鏈條可以跳到不同的齒輪上，而改變速度（俗稱重度）。

2、數(shù)據(jù)分析 那眾所周知，自行車變速是通過改變鏈條和不同的前、后大小的齒輪盤的配合來改變車速快慢的。因此我們只要列舉以下2種方案進(jìn)行分析，就能知道自行車變速與齒輪大小的關(guān)系：

（1）前齒輪最小，后齒輪也最小

（2）前齒輪最小，后齒輪最大

（3）前齒輪最大，后齒輪最小

（4）前齒輪最大，后齒輪也最大

（前輪半徑R前、后輪半徑R后恒定）

方案（1）：

如圖所示

方案（2）：

如圖所示

方案（3）

如圖所示

方案（4）

如圖所示

3、對(duì)照實(shí)驗(yàn) 結(jié)合生活實(shí)際情況（后輪半徑R恒定，前齒輪的軸半徑r恒定，自行車前齒輪坐勻速圓周運(yùn)動(dòng)），當(dāng)自行車前齒輪的軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變時(shí)：

① 對(duì)比方案1、2（3、4同理）：

此時(shí)2種方案前齒輪的軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全一致，則前齒輪的軸角速度ω相等，在同一個(gè)輪軸中，輪的角速度與軸的角速度相同，所以前齒輪的線速度均為

VB=ω*rB

方案1中后齒輪線速度為

VA=VB=ω*rB

后輪的線速度為

V1=(ω*rB*R)/rA

方案2中后齒輪受力為

VC=VB=ω*rB

后輪的線速度為

V2=(ω*rB*R)/rc

而rA＜rC

所以V1＞V2

②

③ 對(duì)比方案1、3（2、4同理）

此時(shí)2種方案前齒輪的軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全一致，則前齒輪的軸角速度ω相等，在同一個(gè)輪軸中，輪的角速度與軸的角速度相同，所以

方案1中前齒輪線速度為

VB=ω*rB

后齒輪線速度為

VA=VB=ω*rB

后輪的線速度為

V1=(ω*rB*R)/rA

方案3中前齒輪線速度為

VD=ω*rD

后齒輪線速度為

VA=VD=ω*rD

后輪的線速度為

V3=(ω*rD*R)/rA

而rB＜rD

所以V1＜V3

（六）得出結(jié)論

通過總結(jié)上述方案對(duì)比，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果自行車的前齒輪越小，后齒輪越大，速度越慢；如果自行車的前齒輪越大，后齒輪越小，速度越快。

（七）反思

由于我們掌握的知識(shí)不夠全面，實(shí)驗(yàn)可能會(huì)有一點(diǎn)局限性，但有關(guān)理論我們都已經(jīng)做過相關(guān)的研究，結(jié)論大體上還是正確的，具有真實(shí)性。

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