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全国青少年科技创新大赛作品选登全国青少年科技创新大赛作品选登(二)(论文)物理论文自行车前后轮摩擦力方向的研究湖北黄石七中导师许(全国一等奖)摘要:在研究性学习课上，我在许老师的指导下，进行了自行车前后轮摩擦力方向的实验研究，经过反复的实验探索和思考，我总结出六种有趣而有效的判断方法，充分认识到摩擦力的方向与相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。自行车可以靠地面的摩擦力前进。要了解自行车运动的原理，首先要了解我们直线骑自行车时，地面与车轮之间的摩擦力。用什么方法可以判断地面与汽车前后轮的摩擦方向？在研究性学习课堂上，我们对这一课题进行了多次实验研究。下面是我们总结的几种实验判断方法，很有意思，也很有效。一、滑点的判断方法。在寒冷的冬天，让自行车在冰上跑。因为冰面很光滑，车子很难前进，只是原地打滑。我们发现，在车倒下之前，只有后轮在原地打滑，而前轮并没有打转打滑。可以看到后轮在主动向后“摩擦”地面，所以地面与后轮摩擦的方向是向前的；只有当自行车向前运动时，地面“主动”摩擦前轮，前轮才能转动。可以看出，面向前轮的摩擦力是向后的。二、“挡在沙中”判断法让一个同学在操场上的跳远沙坑里骑自行车。因为沙深(约15cm)，车轮会陷进沙子里，行驶困难。当汽车停止前进时，由于骑车人继续用力踩踏板，旋转的后轮向后甩出其下的沙子，说明后轮与地面摩擦的方向是向后的。根据牛顿第三定律，当然是面向后轮。我们还观察到，汽车被挡住后，前轮并没有转动，因此与后轮不同:自行车在行驶时，前轮受到的是来自地面的向后方向的摩擦力。三、“胶带卷边”判断法在汽车前后橡胶轮胎外侧(轮胎上能反复接触地面的部位)牢固地粘上一块医用胶带。自行车向前行驶一定距离后，我们检查胶带，发现贴在后轮上的胶带在接触地面的第一端卷曲，而贴在前轮上的胶带在接触地面的最后一端卷曲。你可以想象，因为地面对后轮有一个向前的摩擦力，对前轮有一个向后的摩擦力，这就是结果。四、“杂技协会”判断法杂技大师能让前轮飞起来，只靠后轮落地前进。只要他一直踩着踏板，车就会往前开，甚至加速。很明显，后轮受到的摩擦力是向前的。但如果后轮飞起来，前轮着地，即使他一直蹬，自行车也会慢慢停下来，这说明面对前轮的摩擦力是向后的。这里需要注意的是，因为踏板轴链与后轮轴连接，所以有两种不同的情况。五、轮子“长”毛的设计思路如果你在桌面上向下拖动软毛刷有毛的一面，那么软毛刷落下的方向就可以表示毛刷受到摩擦的方向。想象一下，一辆自行车的前后轮上覆盖着一圈短绒毛。这些绒毛在地面摩擦力的作用下会往哪个方向掉？可以想象，前轮上一圈头发的倒伏方向与后轮相反，如图1。实验结果是否与图1一致？(在本文中，为了描述方便，后轮的毛发倒伏方向称为顺时针，前轮的毛发倒伏方向称为逆时针。) 1.我们用万能胶把两小块皮毛按顺时针方向粘在自行车前后轮上。骑了一段时间，发现后轮的顺时针毛还算听话，而前轮原来的顺时针毛就没那么听话了。2.我们用万能胶把两小块皮毛按逆时针方向分别粘在自行车的前后轮上。骑了一段距离后发现，这一次，前轮逆时针的毛还是听话的，后轮逆时针的毛就没那么听话了。两个实验的结果证实了虚数1的结果，表明自行车的前后轮分别在向后和向前的方向上受到地面摩擦。六、“主动轮和从动轮”直接判断法观察普通自行车。后轮是驱动轮(与踏板轴的链条相连)，可以“主动”转动，是使自行车前进的“动力源”。前轮是从动轮，被“强制”转动，起到辅助驱动和平衡的作用。驱动轮上的地面摩擦方向与车辆方向相同(前进)，从动轮上的地面摩擦方向与车辆方向相反(后退)。以上六种方法是我们在开展研究活动的过程中，通过自己的观察和实验获得的。用类似的方法，我们还研究了汽车行驶时前后轮的地面摩擦方向，行走时前后脚的地面摩擦方向等。，并充分认识到摩擦的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反。开展研究性学习既有趣又有效。学生开动脑筋，积极思考，比坐在教室里只听老师讲课要好得多。我们的思维能力和创新能力都有了很大的提高。注:黄石七中的徐晶晶，2004年保送武汉大学，应用物理专业。