全國青少年科技創新大賽作品選登全國青少年科技創新大賽作品選登(二)(論文)物理論文自行車前後輪摩擦力方向的研究湖北黃石七中導師許(全國壹等獎)摘要:在研究性學習課上，我在許老師的指導下，進行了自行車前後輪摩擦力方向的實驗研究，經過反復的實驗探索和思考，我總結出六種有趣而有效的判斷方法，充分認識到摩擦力的方向與相對運動的方向或相對運動趨勢的方向相反。自行車可以靠地面的摩擦力前進。要了解自行車運動的原理，首先要了解我們直線騎自行車時，地面與車輪之間的摩擦力。用什麽方法可以判斷地面與汽車前後輪的摩擦方向？在研究性學習課堂上，我們對這壹課題進行了多次實驗研究。下面是我們總結的幾種實驗判斷方法，很有意思，也很有效。壹、滑點的判斷方法。在寒冷的冬天，讓自行車在冰上跑。因為冰面很光滑，車子很難前進，只是原地打滑。我們發現，在車倒下之前，只有後輪在原地打滑，而前輪並沒有打轉打滑。可以看到後輪在主動向後“摩擦”地面，所以地面與後輪摩擦的方向是向前的；只有當自行車向前運動時，地面“主動”摩擦前輪，前輪才能轉動。可以看出，面向前輪的摩擦力是向後的。二、“擋在沙中”判斷法讓壹個同學在操場上的跳遠沙坑裏騎自行車。因為沙深(約15cm)，車輪會陷進沙子裏，行駛困難。當汽車停止前進時，由於騎車人繼續用力踩踏板，旋轉的後輪向後甩出其下的沙子，說明後輪與地面摩擦的方向是向後的。根據牛頓第三定律，當然是面向後輪。我們還觀察到，汽車被擋住後，前輪並沒有轉動，因此與後輪不同:自行車在行駛時，前輪受到的是來自地面的向後方向的摩擦力。三、“膠帶卷邊”判斷法在汽車前後橡膠輪胎外側(輪胎上能反復接觸地面的部位)牢固地粘上壹塊醫用膠帶。自行車向前行駛壹定距離後，我們檢查膠帶，發現貼在後輪上的膠帶在接觸地面的第壹端卷曲，而貼在前輪上的膠帶在接觸地面的最後壹端卷曲。妳可以想象，因為地面對後輪有壹個向前的摩擦力，對前輪有壹個向後的摩擦力，這就是結果。四、“雜技協會”判斷法雜技大師能讓前輪飛起來，只靠後輪落地前進。只要他壹直踩著踏板，車就會往前開，甚至加速。很明顯，後輪受到的摩擦力是向前的。但如果後輪飛起來，前輪著地，即使他壹直蹬，自行車也會慢慢停下來，這說明面對前輪的摩擦力是向後的。這裏需要註意的是，因為踏板軸鏈與後輪軸連接，所以有兩種不同的情況。五、輪子“長”毛的設計思路如果妳在桌面上向下拖動軟毛刷有毛的壹面，那麽軟毛刷落下的方向就可以表示毛刷受到摩擦的方向。想象壹下，壹輛自行車的前後輪上覆蓋著壹圈短絨毛。這些絨毛在地面摩擦力的作用下會往哪個方向掉？可以想象，前輪上壹圈頭發的倒伏方向與後輪相反，如圖1。實驗結果是否與圖1壹致？(在本文中，為了描述方便，後輪的毛發倒伏方向稱為順時針，前輪的毛發倒伏方向稱為逆時針。) 1.我們用萬能膠把兩小塊皮毛按順時針方向粘在自行車前後輪上。騎了壹段時間，發現後輪的順時針毛還算聽話，而前輪原來的順時針毛就沒那麽聽話了。2.我們用萬能膠把兩小塊皮毛按逆時針方向分別粘在自行車的前後輪上。騎了壹段距離後發現，這壹次，前輪逆時針的毛還是聽話的，後輪逆時針的毛就沒那麽聽話了。兩個實驗的結果證實了虛數1的結果，表明自行車的前後輪分別在向後和向前的方向上受到地面摩擦。六、“主動輪和從動輪”直接判斷法觀察普通自行車。後輪是驅動輪(與踏板軸的鏈條相連)，可以“主動”轉動，是使自行車前進的“動力源”。前輪是從動輪，被“強制”轉動，起到輔助驅動和平衡的作用。驅動輪上的地面摩擦方向與車輛方向相同(前進)，從動輪上的地面摩擦方向與車輛方向相反(後退)。以上六種方法是我們在開展研究活動的過程中，通過自己的觀察和實驗獲得的。用類似的方法，我們還研究了汽車行駛時前後輪的地面摩擦方向，行走時前後腳的地面摩擦方向等。，並充分認識到摩擦的方向與相對運動或相對運動趨勢的方向相反。開展研究性學習既有趣又有效。學生開動腦筋，積極思考，比坐在教室裏只聽老師講課要好得多。我們的思維能力和創新能力都有了很大的提高。註:黃石七中的徐晶晶，2004年保送武漢大學，應用物理專業。
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