4 跨学科实践：自行车
自行车的结构
1．自行车：伟大的人力机械发明，由 、 等简单机械组成．
2．自行车有不同的类型，不同类型自行车各部件均有其特定的性能．
3．自行车主要由 系统、 系统、变速系统、 系统、避震系统等组成，如图所示．
自行车与物理
1．自行车与简单机械
(1)自行车的车把相当于一个轮轴，车把相当于 ，前轴为 ，实质是一个 杠杆．
(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)自行车的刹车把相当于一个省力杠杆．
2．自行车与摩擦
(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，需要攥紧刹车把，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．
3．自行车与压强
(1)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．
(2)轮胎一般采用橡胶制作并采用充气方式，耐磨性和弹性较好，大幅度减小了颠簸，增大了骑行的舒适感．充足气的自行车轮胎着地面积大约为S＝2×10 cm×5 cm＝100 cm2，骑行时对地面的压力约为F＝(500 N＋150 N)＝650 N，可以计算出自行车对地面的压强为6.5×104 Pa.
(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)在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，以减小压强．
(5)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．
(6)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．
4．自行车与惯性
(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向前飞出去．
(3)自行车靠惯性前进时，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．
5．自行车与声和光
(1)自行车的金属车铃发声是由于铃盖在不停地振动，而汽笛发声是由于汽笛内的气体不断地振动而引起的．
(2)在日常生活中，自行车的后面都装有一个“后尾灯”(反光镜)，特点是哪个方向的光照射过来，它就会向那个方向反射回去．它的设计很巧妙，组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．
6．自行车与能量转化
(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)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．
自行车与简单机械
典例 机械以各种不同的形式展现在生活中，成为生活中不可或缺的部分，如图是自行车结构图，关于其机械的应用，正确的是( )
典例图
A．螺丝和螺帽：斜面类螺旋简单机械，费距离
B．脚踏板：属于等臂杠杆
C．刹车控制器：属于杠杆，能省距离
D．车龙头：属于轮轴，控制自行车的方向并节省距离
使用任何机械都不省功，省力的机械必然费距离．结合简单机械的特征与特点分析判断．
变式 如图所示是一款自行车的刹车把手结构图，这是一个 杠杆，把手上粗糙的纹理设计是为了 ；刹车时人手对手刹施加F＝10 N的力，则刹车拉线受到的力为 N.
变式图
1．如图所示的用具中，正常使用时属于费力杠杆的是( )
2．自行车的构造中，利用增大摩擦力的是( )
A．车轮制成圆形 B．在车轴上加润滑剂
C．车把手套上的花纹 D．车轮轴上装有滚动轴承
3．设在平直的公路上以一般速度行驶的自行车所受的阻力约为人和车重的0.02倍，则骑车人的功率最接近于( )
A．30瓦 B．100瓦 C．500瓦 D．1 000瓦
4．为响应“低碳生活”的号召，小明每天骑自行车上学．如果他在平直的公路上骑过1 500 m用了5 min，则他骑车的速度为 m/s.4 跨学科实践：自行车
自行车的结构
1．自行车：伟大的人力机械发明，由杠杆、轮轴等简单机械组成．
2．自行车有不同的类型，不同类型自行车各部件均有其特定的性能．
3．自行车主要由支撑系统、轮组系统、变速系统、刹车系统、避震系统等组成，如图所示．
自行车与物理
1．自行车与简单机械
(1)自行车的车把相当于一个轮轴，车把相当于轮，前轴为轴，实质是一个省力杠杆．
(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)自行车的刹车把相当于一个省力杠杆．
2．自行车与摩擦
(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，需要攥紧刹车把，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．
3．自行车与压强
(1)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．
(2)轮胎一般采用橡胶制作并采用充气方式，耐磨性和弹性较好，大幅度减小了颠簸，增大了骑行的舒适感．充足气的自行车轮胎着地面积大约为S＝2×10 cm×5 cm＝100 cm2，骑行时对地面的压力约为F＝(500 N＋150 N)＝650 N，可以计算出自行车对地面的压强为6.5×104 Pa.
(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)在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，以减小压强．
(5)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．
(6)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．
4．自行车与惯性
(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向前飞出去．
(3)自行车靠惯性前进时，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．
5．自行车与声和光
(1)自行车的金属车铃发声是由于铃盖在不停地振动，而汽笛发声是由于汽笛内的气体不断地振动而引起的．
(2)在日常生活中，自行车的后面都装有一个“后尾灯”(反光镜)，特点是哪个方向的光照射过来，它就会向那个方向反射回去．它的设计很巧妙，组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．
6．自行车与能量转化
(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)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．
自行车与简单机械
典例 机械以各种不同的形式展现在生活中，成为生活中不可或缺的部分，如图是自行车结构图，关于其机械的应用，正确的是( A )
典例图
A．螺丝和螺帽：斜面类螺旋简单机械，费距离
B．脚踏板：属于等臂杠杆
C．刹车控制器：属于杠杆，能省距离
D．车龙头：属于轮轴，控制自行车的方向并节省距离
使用任何机械都不省功，省力的机械必然费距离．结合简单机械的特征与特点分析判断．
变式 如图所示是一款自行车的刹车把手结构图，这是一个省力杠杆，把手上粗糙的纹理设计是为了增大摩擦力；刹车时人手对手刹施加F＝10 N的力，则刹车拉线受到的力为40N.
变式图
1．如图所示的用具中，正常使用时属于费力杠杆的是( A )
2．自行车的构造中，利用增大摩擦力的是( C )
A．车轮制成圆形 B．在车轴上加润滑剂
C．车把手套上的花纹 D．车轮轴上装有滚动轴承
3．设在平直的公路上以一般速度行驶的自行车所受的阻力约为人和车重的0.02倍，则骑车人的功率最接近于( B )
A．30瓦 B．100瓦 C．500瓦 D．1 000瓦
解析：人和车的总质量可能为80 kg，则人以5 m/s的速度在平直公路上骑行时，人对自行车的牵引力F＝f＝0.02G＝0.02mg＝0.02×80 kg×10 N/kg＝16 N，则骑车人的功率P＝Fv＝16 N×5 m/s＝80 W，与100 W最接近，故B正确．故选B.
4．为响应“低碳生活”的号召，小明每天骑自行车上学．如果他在平直的公路上骑过1 500 m用了5 min，则他骑车的速度为5m/s.
