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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，物理知識能廣泛運用于生活中的各個領(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www.ishadingyu.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：實驗探究、數(shù)據(jù)排版
鄭滿潮：實物探究、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：撥動前撥把，通過變速線，拉動前后變速器，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、對照實驗 結(jié)合生活實際情況（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動），當(dāng)自行車前齒輪的軸運動狀態(tài)保持不變時：
① 對比方案1、2（3、4同理）：
此時2種方案前齒輪的軸運動狀態(tài)完全一致，則前齒輪的軸角速度ω相等，在同一個輪軸中，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 對比方案1、3（2、4同理）
此時2種方案前齒輪的軸運動狀態(tài)完全一致，則前齒輪的軸角速度ω相等，在同一個輪軸中，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)上述方案對比，我們會發(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不夠全面，實驗可能會有一點局限性，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，具有真實性。
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