自行車上的物理知識(shí)

　　你知道自行車上有哪些物理知識(shí)嗎？下面我們來看一看。

　　1、自行車上的摩擦知識(shí)。

　�、僮孕熊囃馓�為什么要有凸凹不平的花紋

　　摩擦力的大小跟兩個(gè)因素有關(guān)：壓力的大小、接觸面的粗糙程度。壓力越大，摩擦力越大；接觸面越粗糙，摩擦力越大。自行車外胎有凸凹不平的花紋，這是通過增大自行車與地面間的粗糙程度，來增大摩擦力的，其目的是為了防止自行車打滑。

　�、谧孕熊嚍槭裁茨芮斑M(jìn)？

　　當(dāng)我們騎在自行車上時(shí)，由于人和自行車對(duì)地面有壓力，輪胎和地面之間不光滑，因此自行車與路面之間有摩擦，不過，要問自行車為何能前進(jìn)？這還是依靠后輪與地面之間的摩擦而產(chǎn)生的，這個(gè)摩擦力的方向是向前的。那前輪的摩擦力是干什么的？阻礙車的運(yùn)動(dòng)！其方向與自行車前進(jìn)方向相反。正是這兩個(gè)力大小相等，方向相反，所以自行車作勻速運(yùn)動(dòng)。不過，當(dāng)人們在地上推自行車前進(jìn)時(shí)，前輪和后輪的摩擦力方向都向后。那誰和這兩個(gè)力平衡呢？腳對(duì)地面的摩擦力向前！

　�、蹌x車以后，自行車為何能停止？

　　剎車時(shí)，剎皮與車圈間的摩擦力，會(huì)阻礙后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。手的壓力越大，剎皮對(duì)車圈的壓力就越大，產(chǎn)生的摩擦力也就越大，后輪就轉(zhuǎn)動(dòng)的越慢。如果完全剎死，這時(shí)后輪與地面之間的摩擦就變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力（原來為滾動(dòng)摩擦，方向向前），方向向后，阻礙了自行車的運(yùn)動(dòng)，因此就停下來了。

　�、茏孕熊嚹男┑胤桨灿袖撝�？為什么安鋼珠？

　　在自行車的前軸、中軸、后軸、車把轉(zhuǎn)動(dòng)處，腳蹬轉(zhuǎn)動(dòng)處等地方，都安有鋼珠。

　　人們騎自行車總是希望輕松、靈活、省力。而用滾動(dòng)代替滑動(dòng)就可以大大減小摩擦力，因此要在自行車轉(zhuǎn)動(dòng)的地方安裝鋼珠，我們可以經(jīng)常加潤滑油，使接觸面彼此離開，這樣就可以使摩擦力變得更小。

　　2、自行車上的杠桿、輪軸知識(shí)。

　　①自行車上的杠桿

　　A、控制前輪轉(zhuǎn)向的杠桿：自行車的車把，是省力杠桿，人們用很小的力就能轉(zhuǎn)動(dòng)自行車前輪，來控制自行車的運(yùn)動(dòng)方向和自行車的平衡。

　　B、控制剎車閘的杠桿：車把上的閘把是省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以較大的壓力壓到車輪的鋼圈上。

　�、谧孕熊嚿系妮嗇S

　　A、中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸（腳蹬半徑大于花盤齒輪半徑）。

　　B、自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸（手把轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑大于前叉軸的半徑）。

　　C、后軸上的齒輪和后輪：組成費(fèi)力輪軸（齒輪半徑小于后輪半徑）。

　　3、自行車上的氣壓知識(shí)。

　　自行車內(nèi)胎充氣：早期的各種輪子都是木輪、鐵輪，顛簸不已�，F(xiàn)代自行車使用充氣內(nèi)胎主要是使胎內(nèi)的壓強(qiáng)增大，可以起到緩沖的作用，同時(shí)可以減小自行車前進(jìn)的阻力。

　　氣門芯的作用：充氣內(nèi)胎上的氣門芯，起著單向閥門的作用，只讓氣體進(jìn)入，不讓氣體外漏，方便進(jìn)氣，保證充氣內(nèi)胎的密封。

　　4、自行車上光學(xué)知識(shí)。

　　自行車上的紅色尾燈，不能自行發(fā)光，但是到了晚上卻可以提醒司機(jī)注意，因?yàn)樽孕熊嚨奈矡羰怯珊芏喾涓C狀的“小室”構(gòu)成的，而每一個(gè)“小室”是由三個(gè)約成90度的反射面組成的。這樣在晚上時(shí)，當(dāng)后面汽車的燈光射到自行車尾燈上，就會(huì)產(chǎn)生反射光，由于紅色醒目，就可以引起司機(jī)的注意。

　　自行車在我國是很普及的代步和運(yùn)載工具。在它的“身上”運(yùn)用了許多力學(xué)知識(shí)

　　1.測量中的應(yīng)用

　　在測量跑道的長度時(shí)，可運(yùn)用自行車。如普通車輪的直徑為0.71米或0.66米。那么轉(zhuǎn)過一圈長度為直徑乘圓周率π，即約2.23米或2.07米，然后，讓車沿著跑道滾動(dòng)，記下滾過的圈數(shù)n，則跑道長為n×2.23米或n×2.07米。

　　2.力和運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用

　�。�1）減小與增大摩擦。

　　車的前軸、中軸及后軸均采用滾動(dòng)以減小摩擦。為更進(jìn)一步減小摩擦，人們常在這些部位加潤滑劑。

　　多處刻有凹凸不平的花紋以增大摩擦。如車的外胎，車把手塑料套，蹬板套、閘把套等。變滾動(dòng)摩擦為滑動(dòng)摩擦以增大摩擦。如在剎車時(shí)，車輪不再滾動(dòng)，而在地面上滑動(dòng)，摩擦大大增加了，故車可迅速停駛。而在剎車的同時(shí)，手用力握緊車閘把，增大剎車皮對(duì)鋼圈的壓力以達(dá)到制止車輪滾動(dòng)的目的。

　�。�2）彈簧的減震作用。

　　車的座墊下安有許多根彈簧，利用它的緩沖作用以減小震動(dòng)。

　　3.壓強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用

　�。�1）自行車車胎上刻有載重量。如車載過重，則車胎受到壓強(qiáng)太大而被壓破。

　�。�2）座墊呈馬鞍型，它能夠增大座墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強(qiáng)，使人騎車不易感到疲勞。

　　4.簡單機(jī)械知識(shí)的應(yīng)用

　　自行車制動(dòng)系統(tǒng)中的車閘把與連桿是一個(gè)省力杠桿，可增大對(duì)剎車皮的拉力。自行車為了省力或省距離，還使用了輪軸：腳蹬板與鏈輪牙盤；后輪與飛輪及龍頭與轉(zhuǎn)軸等。

　　5.功、機(jī)械能的知識(shí)運(yùn)用

　�。�1）根據(jù)功的原理：省力必定費(fèi)距離。因此人們在上坡時(shí)，常騎“S形”路線就是這個(gè)道理。

　�。�2）動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。

　　如騎車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

　　6.慣性定律的運(yùn)用

　　快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪為什么會(huì)跳起來。這是因?yàn)榍拜喪艿阶枇Χ�突然停止運(yùn)動(dòng)，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據(jù)慣性定律，人和后輪要保持繼續(xù)向前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以后輪會(huì)跳起來。

　　切記下坡或高速行駛時(shí)，不能單獨(dú)用自行車的前閘剎車，否則會(huì)出現(xiàn)翻車事故！

第十四屆全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競賽復(fù)賽試題

一、(14分)1998年某地區(qū)遭受特大洪澇災(zāi)害。為了抗洪搶險(xiǎn)，急需在20h內(nèi)從甲地調(diào)運(yùn)65t鋼材到乙地。現(xiàn)僅剩下一艘滿載時(shí)排水量為80t的貨船，船身(包括船員)質(zhì)量約17t，已知甲、乙兩地的水路距離為80km，船行駛的平均速度為lOkm/h(不計(jì)水流速度)。

    (1)請你設(shè)計(jì)一個(gè)完成此項(xiàng)任務(wù)的可行性方案；

    (2)通過分析、計(jì)算，找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×10³kg/m³)

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內(nèi)部線圈中產(chǎn)生磁場，磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋，在鍋體形成無數(shù)小的渦流(感應(yīng)電流)而產(chǎn)生焦耳熱。同時(shí)，被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發(fā)熱。從而使鍋體自身發(fā)熱達(dá)到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時(shí)，不產(chǎn)生明火，無煙塵，無廢氣，清潔、安全、高效、節(jié)能。請寫出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(shí)(只寫名稱不寫內(nèi)容，不少于10個(gè)可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時(shí)，爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過程中消耗______

____能轉(zhuǎn)化為__________能；若用該電磁爐1次蒸熟

5個(gè)饅頭需用時(shí)間25min，那么，1次只蒸熟1個(gè)同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數(shù)如下表所示：

    根據(jù)上表數(shù)據(jù)，若電磁爐在功率調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，加熱溫度隨功率調(diào)節(jié)的變化圖象是一直線，電磁爐工作電壓正常，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，燒開一鍋質(zhì)量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時(shí)間(不計(jì)鍋吸熱及熱散失)?

三、(18分)有人在夏季用簡易曬水箱給水加熱用來淋浴，這不僅能節(jié)省能源，而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測太陽光對(duì)地球表面輻射的強(qiáng)度的大小。也就是說，太陽光垂直照射地球表面時(shí)，地球表面單位時(shí)間單位面積所獲得的能量是多少。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，曬水箱內(nèi)部是被涂黑的，箱體外加了保溫層，上面開口并蓋有透明玻璃板。

    在估測之前要首先弄清，透過玻璃板的太陽光能量究竟占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實(shí)驗(yàn)用的玻璃板，把陽光反射到墻上的同一個(gè)地方，他們發(fā)現(xiàn)，兩塊反射光斑重疊處的強(qiáng)度，和太陽光直接射到地上的強(qiáng)度差不多。

    (1)透過玻璃板的太陽光能量占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個(gè)結(jié)論時(shí)做了什么假設(shè)?假設(shè)的根據(jù)是什么?

    (2)請你幫助他們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并寫出具體的實(shí)驗(yàn)步驟。

    (3)請你對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的可行性做出評(píng)價(jià)。

四、(18分)用電流表和電壓表測電流和電壓時(shí)，通常并不考慮儀表本身電阻對(duì)待測電路的影響，而將其視為“理想儀表”，即認(rèn)為電流表的內(nèi)電阻為零，電壓表的內(nèi)電阻為無限大。實(shí)際上，電流表和電壓表都有一定電阻值，因而我們可以把電流表看成一個(gè)能顯示通過自身電流大小的其阻值很小的電阻；可以把電壓表看成一個(gè)能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以，把電流表或電壓表接入待測電路時(shí)，就相當(dāng)于在待測電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，或并聯(lián)一個(gè)電阻。這樣，電流表兩端就要有一定的電壓，電壓表中就要通過一定的電流，因此實(shí)際上很難同時(shí)精確地測出待測電阻兩端的電壓和通過待測電阻的電流。

    1．現(xiàn)有一個(gè)量程為0．6A，內(nèi)電阻為0．13Ω的電流表，能否用它測量某電路兩端的電壓?若不能，請說明理由。若能，請說明用它能測量的最大電壓值。

    2．現(xiàn)要精確測量一個(gè)阻值約為8Ω的電阻Rx，實(shí)驗(yàn)室提供下列器材。

    ·電流表A₁：量程100mA，內(nèi)電阻r₁=4Ω

    ·電流表A₂：量程500mA，內(nèi)電阻r₂=750Ω

    ·電壓表V：量程10V，內(nèi)電阻r₃=10kΩ

    ·變阻器R₀：阻值約10Ω·定值電阻R1：阻值為10kΩ

    ·電池E：兩端電壓約l.5V

    ·開關(guān)s、導(dǎo)線若干個(gè)

(1)選出你測量時(shí)所需的適當(dāng)器材，并在虛線方框中畫出電路圖。

(2)需要測量哪些物理量?根據(jù)所測物理量，寫出被測電阻Rx的表達(dá)式。

五、(16分)圖3甲是使用汽車打撈水下重物的示意圖。汽車通過定滑輪牽引水下一個(gè)圓柱形重物，在整個(gè)打撈過程中，汽車以恒定的速度v=0．2m/s向右運(yùn)動(dòng)。圖3乙是此過程中汽車?yán)瓌?dòng)重物的功率P隨時(shí)間t變化的圖象。設(shè)t=0時(shí)汽車開始提升重物，忽略水的阻力和滑輪的摩擦，g取10N/kg。求：

    (1)圓柱形重物的質(zhì)量；(2)圓柱形重物的密度；(3)打撈前，圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學(xué)對(duì)電飯煲工作原理的研究，請你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開關(guān)，有一種“粘連”“吸引”的感覺，取出飯鍋，發(fā)現(xiàn)電飯煲的底部有一個(gè)凸起物．它可以上下彈動(dòng)，能被磁鐵吸引。王寧同學(xué)通過用

這個(gè)電飯煲做米飯和燒水來研究它的工作情況，請回答他在使用過程中發(fā)現(xiàn)的如下問題。

    (1)圖4中只有兩根外接導(dǎo)線，這樣的用電器有什么危害?應(yīng)當(dāng)怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座，不用按開關(guān)，指示燈就發(fā)亮，按下開關(guān)后，指示燈亮度不變。此時(shí)為什么開關(guān)對(duì)指示燈的亮度沒有影響?

    (3)電飯煲工作了15min，會(huì)出現(xiàn)大量“白氣”，這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min，聽到“啪”的一聲，指示燈不亮了。以此推測，感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽到“啪”的一聲后又過了l0min，指示燈又發(fā)光，一會(huì)兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下，不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水，你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長一段時(shí)間后，常常在飯未完全熟透時(shí)就“跳閘”，這樣就會(huì)出現(xiàn)“夾生飯”，請問這種情況電飯煲可能在什么地方出現(xiàn)了故障?為什么?

第十四屆全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競賽復(fù)賽試題

一、(14分)1998年某地區(qū)遭受特大洪澇災(zāi)害。為了抗洪搶險(xiǎn)，急需在20h內(nèi)從甲地調(diào)運(yùn)65t鋼材到乙地�，F(xiàn)僅剩下一艘滿載時(shí)排水量為80t的貨船，船身(包括船員)質(zhì)量約17t，已知甲、乙兩地的水路距離為80km，船行駛的平均速度為lOkm/h(不計(jì)水流速度)。

    (1)請你設(shè)計(jì)一個(gè)完成此項(xiàng)任務(wù)的可行性方案；

    (2)通過分析、計(jì)算，找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×10³kg/m³)

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內(nèi)部線圈中產(chǎn)生磁場，磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋，在鍋體形成無數(shù)小的渦流(感應(yīng)電流)而產(chǎn)生焦耳熱。同時(shí)，被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發(fā)熱。從而使鍋體自身發(fā)熱達(dá)到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時(shí)，不產(chǎn)生明火，無煙塵，無廢氣，清潔、安全、高效、節(jié)能。請寫出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(shí)(只寫名稱不寫內(nèi)容，不少于10個(gè)可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時(shí)，爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過程中消耗______

____能轉(zhuǎn)化為__________能；若用該電磁爐1次蒸熟

5個(gè)饅頭需用時(shí)間25min，那么，1次只蒸熟1個(gè)同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數(shù)如下表所示：

    根據(jù)上表數(shù)據(jù)，若電磁爐在功率調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，加熱溫度隨功率調(diào)節(jié)的變化圖象是一直線，電磁爐工作電壓正常，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，燒開一鍋質(zhì)量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時(shí)間(不計(jì)鍋吸熱及熱散失)?

三、(18分)有人在夏季用簡易曬水箱給水加熱用來淋浴，這不僅能節(jié)省能源，而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測太陽光對(duì)地球表面輻射的強(qiáng)度的大小。也就是說，太陽光垂直照射地球表面時(shí)，地球表面單位時(shí)間單位面積所獲得的能量是多少。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，曬水箱內(nèi)部是被涂黑的，箱體外加了保溫層，上面開口并蓋有透明玻璃板。

    在估測之前要首先弄清，透過玻璃板的太陽光能量究竟占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實(shí)驗(yàn)用的玻璃板，把陽光反射到墻上的同一個(gè)地方，他們發(fā)現(xiàn)，兩塊反射光斑重疊處的強(qiáng)度，和太陽光直接射到地上的強(qiáng)度差不多。

    (1)透過玻璃板的太陽光能量占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個(gè)結(jié)論時(shí)做了什么假設(shè)?假設(shè)的根據(jù)是什么?

    (2)請你幫助他們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并寫出具體的實(shí)驗(yàn)步驟。

    (3)請你對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的可行性做出評(píng)價(jià)。

四、(18分)用電流表和電壓表測電流和電壓時(shí)，通常并不考慮儀表本身電阻對(duì)待測電路的影響，而將其視為“理想儀表”，即認(rèn)為電流表的內(nèi)電阻為零，電壓表的內(nèi)電阻為無限大。實(shí)際上，電流表和電壓表都有一定電阻值，因而我們可以把電流表看成一個(gè)能顯示通過自身電流大小的其阻值很小的電阻；可以把電壓表看成一個(gè)能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以，把電流表或電壓表接入待測電路時(shí)，就相當(dāng)于在待測電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，或并聯(lián)一個(gè)電阻。這樣，電流表兩端就要有一定的電壓，電壓表中就要通過一定的電流，因此實(shí)際上很難同時(shí)精確地測出待測電阻兩端的電壓和通過待測電阻的電流。

    1．現(xiàn)有一個(gè)量程為0．6A，內(nèi)電阻為0．13Ω的電流表，能否用它測量某電路兩端的電壓?若不能，請說明理由。若能，請說明用它能測量的最大電壓值。

    2．現(xiàn)要精確測量一個(gè)阻值約為8Ω的電阻Rx，實(shí)驗(yàn)室提供下列器材。

    ·電流表A₁：量程100mA，內(nèi)電阻r₁=4Ω

    ·電流表A₂：量程500mA，內(nèi)電阻r₂=750Ω

    ·電壓表V：量程10V，內(nèi)電阻r₃=10kΩ

    ·變阻器R₀：阻值約10Ω·定值電阻R1：阻值為10kΩ

    ·電池E：兩端電壓約l.5V

    ·開關(guān)s、導(dǎo)線若干個(gè)

(1)選出你測量時(shí)所需的適當(dāng)器材，并在虛線方框中畫出電路圖。

(2)需要測量哪些物理量?根據(jù)所測物理量，寫出被測電阻Rx的表達(dá)式。

五、(16分)圖3甲是使用汽車打撈水下重物的示意圖。汽車通過定滑輪牽引水下一個(gè)圓柱形重物，在整個(gè)打撈過程中，汽車以恒定的速度v=0．2m/s向右運(yùn)動(dòng)。圖3乙是此過程中汽車?yán)瓌?dòng)重物的功率P隨時(shí)間t變化的圖象。設(shè)t=0時(shí)汽車開始提升重物，忽略水的阻力和滑輪的摩擦，g取10N/kg。求：

    (1)圓柱形重物的質(zhì)量；(2)圓柱形重物的密度；(3)打撈前，圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學(xué)對(duì)電飯煲工作原理的研究，請你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開關(guān)，有一種“粘連”“吸引”的感覺，取出飯鍋，發(fā)現(xiàn)電飯煲的底部有一個(gè)凸起物．它可以上下彈動(dòng)，能被磁鐵吸引。王寧同學(xué)通過用

這個(gè)電飯煲做米飯和燒水來研究它的工作情況，請回答他在使用過程中發(fā)現(xiàn)的如下問題。

    (1)圖4中只有兩根外接導(dǎo)線，這樣的用電器有什么危害?應(yīng)當(dāng)怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座，不用按開關(guān)，指示燈就發(fā)亮，按下開關(guān)后，指示燈亮度不變。此時(shí)為什么開關(guān)對(duì)指示燈的亮度沒有影響?

    (3)電飯煲工作了15min，會(huì)出現(xiàn)大量“白氣”，這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min，聽到“啪”的一聲，指示燈不亮了。以此推測，感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽到“啪”的一聲后又過了l0min，指示燈又發(fā)光，一會(huì)兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下，不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水，你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長一段時(shí)間后，常常在飯未完全熟透時(shí)就“跳閘”，這樣就會(huì)出現(xiàn)“夾生飯”，請問這種情況電飯煲可能在什么地方出現(xiàn)了故障?為什么?