12.4.跨学科实践：自行车（课件）--2025-2026学年教科版（新教材）物理八年级下册（36页PPT）

(共36张PPT)
教科版2024（新教材）物理8年级下册精做课件12.4.跨学科实践：自行车第12章机械能授课教师：Home .班级：八年级（---）班.时间：.
观察与思考
自行车——伟大的人力机械发明，由杠杆、轮轴等简单机械组成。200多年来，工程师们利用物理学、材料学、人体工程学等的研究成果不断对自行车进行改进。那么自行车的设计蕴含着哪些物理学知识呢
自行车的结构
自行车有不同的类型，常见的有普通型自行车、载重型自行车、运动型自行车、竞赛型自行车、轻便型自行车、特种型自行车等。在自行车演变过程中，最成功和持久的是其车架的三角形设计，不同类型自行车各部件均有其特定的性能，下面是某自行车的结构。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。
自行车与物理
自行车中的物理
1.观察一辆自行车，看一看自行车上有哪些简单机械。想一想，这些机械有什么作用？
2.观察自行车的轮胎，看一看轮胎是由什么材料做成的。想一想，这种材料有什么优点 为什么自行车轮胎有花纹？
3.观察自行车的各种部件，想一想，哪些设计增强了骑行的舒适性？
4.观察自行车是如何传动的，想一想，为什么自行车比人运动得快？
观察
自行车与物理
在骑行过程中，自行车受到哪些力的作用？这些力产生了怎样的效果？自行车铃是如何发声的？为什么骑此走路更省力？……
小小自行车有大妙处。无论是结构、材料、受力、运动还是能量转化，自行车的许多细节，都蕴含着物理。
1.查阅资料，了解自行车轮胎、刹车、链条等关键结构的保养和维修方法。
2.尝试在家长或老师的指导下，对自行车(或其一部分)进行拆解、保养、组装与调试。
3.用图片、表格或文字记录下你对自行车进行拆装的过程。
活动1
拆装自行车
围绕自行车来探索
通过资料查阅、商店咨询和实物研究等方式，选择感兴趣的主题写一篇300字的小论文。主要选题参考以下主题:
活动2
自行车主题征文与展示
围绕自行车来探索
自行车发展史；设计一辆自己的自行车（含设计图纸）；自行车与环境保护；自行车里的简单机械；自行车与仿生学；自行车与体能训练；自行车与交通安全；小小自行车大用途……
一起来展示和交流你们的自行车主题论文吧！
展示、交流与评价
小组名称 时间
评价指标 评价等级 总评 切题性 中心思想 创新性 文采 说明:评价等级用“★”表示，等级从低到高分为3级,分别为"★” "★★" "★★★"
围绕自行车来探索
知识点1 自行车的结构
1. 现代自行车有很多类型，如童车、载重自行车、弯梁自行
车、公路自行车等，这些特殊车型的出现，是因为在系统设
计时改变了( )
A
A. 自行车的结构 B. 自行车的材料
C. 自行车的强度 D. 自行车的大小
（第2题）
2. 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，关于自行车机械的应用，
正确的是( )
A
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
3.小强有一辆如图所示的自行车。
（第3题）
（1）该自行车的车架呈三角形，这主要是为了提高自行车
的______性和______性。
稳定
安全
（第3题）
（2）小强骑着该自行车上下学，他发现
路上的上坡很多，而且有一大段路面坑洼
不平，非常难骑。为此，小强准备对该自
行车加以改进，他的主要改进任务是给该
自行车加装______系统和______系统。
变速
减震
知识点2 自行车与物理
4. 自行车沿斜坡匀速驶下的过程中，它具有的( )
A
A. 重力势能减小，动能不变
B. 重力势能减小，机械能不变
C. 重力势能减小，动能增大
D. 动能不变，机械能增大
5. 如图所示，某同学骑自行车在水平路面上匀速运动。下列
说法正确的是( )
B
A. 自行车前后的两个用链条连接的齿轮，
前面的大是为了省力
B. 自行车车座较宽是通过增大接触面积来
减小压强，使车座更舒适
C. 自行车受到的重力和地面对自行车的支
持力是一对平衡力
D. 自行车轮胎有许多花纹，是为了减小摩擦
6.自行车（如图）是当今最为绿色环保
的交通工具，请你仔细观察并思考后，
回答下面的问题。
（1）当自行车的脚踏板转到什么位置
时，用力蹬下的效果最好？为什么？
【答】当自行车的脚踏板转到水平位置时，用力蹬下的效果
最好。这是因为在相同的动力作用下，水平位置时动力臂最
大，产生的转动效果最好。
（2）如果小刚搭乘他人骑的自行车，
车没有停稳，就匆忙下车，请用所学
物理知识解释可能发生的现象。
小刚可能向前摔倒，这是由于小刚从运动的自行车上下来后，
脚接触地面从而停止运动，但是上身由于惯性仍然保持向前
的运动状态，可能会向前摔倒。（合理即可）
7. 为响应国家提出的“节能减排，低碳生活”的号召。
质量为 的小丽同学每天坚持骑自行车上学，她所骑自行
车质量为 ，在水平路面上匀速骑行时轮胎与水平路面的
总接触面积为，所受阻力为总重力的
取 。求：
（1）小丽受到的重力。
【解】小丽受到的重力
。
（2）她骑行时自行车对路面的压强。
自行车的重力 ，她骑
行时自行车对路面的压力
，她骑行时自
行车对路面的压强 。
（3）若她在水平路面上内匀速骑行了 ，则她骑
行时自行车动力的功率。
她在水平路面上匀速骑行时，动力与所受阻力平衡，大小相
等，故动力 ，骑行
的速度，根据 可得，
她骑行时自行车动力的功率 。
8.阅读材料，回答问题。
如图是自行车的部分结构示意
图，骑行时人在脚踏处施力，通过
曲柄带动前齿轮 顺时针转动，再
通过链条带动后齿轮 与后轮一起
转动。曲柄与前齿轮、后轮与后齿轮 ，两处都是同轴转动
（物体绕同一个中心轴转动，在相同时间转过的圈数相同）
的轮轴结构，也可视为杠杆。 、
齿轮通过链条配合工作，在相同
时间转过的齿数相同，链条与 、
齿轮间的作用力大小相等。#1.1
变速自行车与普通自行车的区
别是它的前、后齿轮由多个齿数不
同的齿轮组成。变速系统可以调节
链条和不同齿数的前、后齿轮配合，
即调节齿比（前齿数 后齿数）从
而改变车速。如表是小明的变速自
行车的部分参数。
结构 参数
前齿轮（3速） 齿数：22、32、45
曲柄 长度：
后齿轮（7速） 齿数：12、15、17、19、21、24、28
轮胎 直径：
（1）脚踏、曲柄和前齿轮组成一个______杠杆；骑行时，
前齿轮和后齿轮 ______（选填“是”或“不是”）同轴转动。
省力
不是
（2）小明调节自行车齿比为 ，当
他通过蹬脚踏使前齿轮转动一圈，
后齿轮转动___圈。
3
【点拨】自行车齿比为 ，前齿数
是后齿数的三倍，后齿轮与前齿轮通过由同一链条相连，故
相同时间通过的距离相同，故前齿轮转一圈，后齿轮转三圈。
（3）小明调节自行车为最大齿比，此时地面对后轮的摩擦
力为，作用在脚踏上的力至少为_____ 。
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【点拨】由表格可知，该自行车最大
齿比为，后轮与后齿轮 是同轴转动
的轮轴结构，可视为杠杆，动力是链
条对后齿轮的拉力，阻力是地面对后
轮的摩擦力，动力臂为后齿轮的半径，阻力臂是后轮半径，
根据杠杆平衡条件得 ；链条对前齿轮
的力的大小与链条对后齿轮的力大小
相等即 ，前齿轮和脚踏、
曲柄也组成了杠杆，动力为人给脚踏
的蹬力，阻力是链条对前齿轮的拉力，
动力臂是脚踏到轴心的长度，阻力臂
是前齿轮半径，根据杠杆平衡条件得
；前、后
齿轮半径比等于齿比，即 ；
联立①②③④可得，作用在脚踏上的
力至少为 。
（4）当小明骑自行车爬坡时，为了最
省力，应该调整自行车齿比为___。
【点拨】由（3）可得
，当小明骑自行车爬
坡时，后轮受到的摩擦力不变，曲柄长度和轮胎直径不变，
为了最省力，应该调整自行车齿比最小，根据表格数据可知，
最小为 。
知识点3 围绕自行车来探索
9. 自行车比赛中减小空气阻力是提高成绩的关键。
某小组为了探究“骑行时受到的空气阻力与哪些因素有关”，
设计了两种探究方案。#1
方案一：用电风扇产生稳定气流吹向静止的运动员，运动员
腹部绑有压力传感器如图甲。
方案二：让运动员朝一定方向骑行，运动员腹部绑有压力传
感器如图乙。
小组讨论后采用合适的方案，测得实验数据如表。#1.3
实验 压力传感器倾角 压力传感器示数/
1 90 8.03
2 45 7.11
3 25 4.45
4 0 3.12
（1）本实验基于的假设是_____________________________
_____________________________________。
运动员骑行时受到的空气阻力与
运动员上半身和水平方向的夹角大小有关
（2） 请帮该小组选择合适的探究方案，并说
明理由：____________________________________________
_____________________________________________。
选择探究方案一，因为方案一中运动员相对于地
面静止便于控制，风扇吹出的风速大小，无关变量
（3） 分析实验数据，在冲刺阶段，运动员上
半身尽量与地面保持平行的原因是______________________
______________________________。
运动员上半身与水平面
的夹角为 时，受到的阻力最小