問題詳情:
(2009全國初中應用物理知識競賽複賽題)圖2是小強的自行車傳動裝置的示意圖。請思考並回答:
(1).假設腳踏板每2s轉1圈,在這種情況下,要計算自行車前進的速度大小,還需要測量哪些量?請你用這些量推導出自行車前進速度的表達式。
(2).該自行車後架上裝有向車頭燈供電的小發電機,小發電機的上端有一半徑R0=1.0cm的摩擦小輪。行駛過程中,當需要小發電機向車頭燈供電時,小輪壓緊車輪,此時小輪與自行車車輪之間無相對滑動,車輪帶動小輪轉動,發電機發電。測得自行車大齒輪、小齒輪和後輪的半徑分別為8.0cm、3.4cm、33cm,問當自行車的車速為15km/h時,摩擦小輪的轉速(單位時間內轉過的圈數,單位:r/s)是多少? 取π =3.14。
(3).小強利用第1問中推導的公式,計算出了自行車前進的速度大小(請你幫助小強計算自行車前進的速度)。然後他又實地測量了自行車的速度,對比後發現總有差別,請你説明這可能是什麼原因造成的。
【回答】
解析:(1).還需要測量三個輪子的半徑:大齒輪(主動齒輪或輪盤)半徑R小齒輪(被動齒輪或飛輪)半徑R後輪半徑R3。
推導自行車速度的表達式:
設大齒輪、小齒輪和後輪的轉動週期分別為TT2和T3。
可得:大齒輪邊緣的速度:v1=
小齒輪邊緣的速度:v2=
後輪邊緣的速度:v3=
因為:v1=v2,T2=T3,
所以:自行車前進的速度:v= v3=
(2).設摩擦小輪的速度為n0,
可得:n0= =r/s =66.3r/s
即當自行車的車速達到15km/h時,摩擦小輪的轉速:n0=66.3r/s
(3).因為自行車腳踏板的週期T1=2s,且R1=8.0cm、R2=3.4cm、R3=33cm
所以:自行車前進的速度:v= m/s=2.44m/s=8.8km/h
可能原因:①自行車輻條不緊,導致車圈在行駛過程中為橢圓;②車胎內氣不足,導致車胎與地面接觸部分到車軸距離小於所測車輪半徑;③自行車實際行駛路徑與測量長度的路徑不重合;④大齒輪、小齒輪、後輪半徑測量的不準;⑤行駛過程中腳踏板的週期很難保*為2s。
知識點:物理競賽
題型:綜合題