如图是小强的自行车传动装置的示意图.请思考并回答:(1)假设脚踏板每2s转1圈,在这种情况下,要计算自行车前进的速度大小,还需要测量哪些量?请你用这些量推导出自行车前

发布时间:2020-08-05 20:08:09

如图是小强的自行车传动装置的示意图.请思考并回答:
(1)假设脚踏板每2s转1圈,在这种情况下,要计算自行车前进的速度大小,还需要测量哪些量?请你用这些量推导出自行车前进速度的表达式.
(2)该自行车后架上装有向车头灯供电的小发电机,小发电机的上端有一半径R.=l.0cm的摩擦小轮.行驶过程中,当需要小发电机向车头灯供电时,小轮压紧车轮,此时小轮与自行车车轮之间无相对滑动,车轮带动小轮转动,发电机发电.测得自行车大齿轮、小齿轮和后轮的半径分别为8.0cm、3.4cm、33cm,问当自行车的车速为15km/h时,摩擦小轮的转速(单位时间内转过的圈数,单位:r/s)是多少?取π=3.14.
(3)小强利用第(1)问中推导的公式,计算出了自行车前进的速度大小(请你帮助小强计算自行车前进的速度).然后他又实地测量了自行车的速度,对比后发现总有差别,请你说明这可能是什么原因造成的.

网友回答

答:
(1)还需要测量三个轮子的半径:大齿轮半径R1、小齿轮半径R2、后轮半径R3.推导自行车速度的表达式:设大齿轮、小齿轮和后轮的转动周期分别为T1、T2和T3.
可得:大齿轮边缘的速度:v1= ,小齿轮边缘的速度:v2=,后轮边缘的速度:v3= ;
因为:v1=v2,T2=T3,
所以:自行车前进的速度:v= v3= ;
2.设摩擦小轮的速度为n0,
可得:n0==r/s=66.3r/s,
即当自行车的车速达到15km/h时,摩擦小轮的转速:n0=66.3r/s,
3.因为自行车脚踏板的周期T1=2s,且R1=8.0cm、R2=3.4cm、R3=33cm
所以:自行车前进的速度:v= =?m/s=2.44m/s=8.8km/h.
可能原因包括:①自行车辐条不紧,导致车圈在行驶过程中为椭圆;②车胎内气不足,导致车胎与地面接触部分到车轴距离小于所测车轮半径;③自行车实际行驶路径与测量长度的路径不重合;④大齿轮、小齿轮、后轮半径测量的不准;⑤行驶过程中脚踏板的周期很难保证为2s.
解析分析:(1)自行车是链轮传动,要测量自行车前进的速度,需要知道大齿轮、小齿轮和车轮的直径,根据比例关系得到车轮行驶的距离;
(2)已知摩擦小轮的半径和车行速度,可以得到摩擦小轮的转速;
(3)已知自行车脚踏板的周期、大齿轮、小齿轮和后轮的半径,代入表达式得到骑自行车的速度;
自行车在行驶过程中不可能沿直线运动,大齿轮、小齿轮和车轮的测量不够准确、踏板运动周期很难保持一致,等等,都会影响实际的测量结果.

点评:此题考查的是力学知识的实际应用,难度很大,根据大小齿轮和车轮的半径关系得出自行车速度的表达式,是解决此题的关键.
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