电动车中的物理问题

2010级物理研究性学习结题报告

电动电动自行车中的物理问题

附：

学习心得

组长：冯浪

组员：付婕、赵波、郭凡、黄家辉、刘安妮、张亦明

201009班物理研究性学习小组

2012年

简要背景说明：

电动电动自行车作为一种价格低廉、节能减排的新型代步工具，逐渐被广大普通老百姓所认同与喜爱。但大家对其中很多的节能减排、安全高效的物理问题知之甚少，所以进行研究很有必要。

课题的目的与意义：

了解物理知识在电动电动自行车中的应用

本课题有利于学生认识生产、生活中的物理问题，理解环保节能的重要性和安全驾驶逼迫性。帮助学生树立正确的世界观，认识清楚物理问题在生活中的广泛应用、培养物理素养，学会用简单的物理方法解决生活生产中的问题。

活动计划：

01-1走访各处电动车维修部，了解电动车在使用过程中应注意的物理问题

01-2查阅有关电动车的各种资料

01-3对电动车进行实际考察

01-4分析电动电动自行车的力学问题、电路问题、圆周问题、能量转化问题、电磁感应问题等

01-5小组内讨论分析此次实践活动过程中出现的问题

01-6总结收获，提出相应的改进方案，写出总结报告。

任务分工：

黄家辉：主要负责收集资料。

赵波：主要负责整理资料。把收集的资料进行加工和补充，并将其分类。

付婕：主要负责分析资料。认真阅读已搜集整理的资料，筛选其中有重要价值的信息加以分析，并与小组其他成员讨论，得出相应的结论。

郭凡：主要负责保管资料。将以分析的资料加以分类保存，防止资料丢失。

张亦明：主要负责撰写报告。分析资料的同学通过口述的方式将其得出的相关结论传达给负责撰写的同学，再有负责撰写的同学将其记录下来并详细的写成一份报告书。

刘安妮：展示成果。将小组所得到的结果展示出来。

冯浪：总结。总结小组各成员在词活动中做得好突出的地方和不足之处，总结我们在自此活动中的得到的经验，并提出建议及希望。

活动所需的条件：

1对当前电动车的相关问题有所了解，能够将实际问题与物理问题有机结合。2.难度适中，在知识的范围之内。3.能够很好的操作。

课题预期成果：

查阅完成了相关资料。明确了后续工作的大致方向，完成预期的任务，达到相应的目标。教师点评：

成果：

了解了物理在电动电动自行车上的各种应用，如：摩擦力、电动机、电路等等。加深了对于物理知识的理解和应用。认识了生产、生活中的物理问题，理解环保节能的重要性和安全驾驶逼迫性。树立了正确的世界观，认识清楚物理问题在生活中的广泛应用、培养物理素养，学会了用简单的物理方法解决生活生产中的问题。

参考书目：

维基百科，百度百科

参考书目：

维基百科，百度百科

一、确定研究课题过程

1．指导老师负责确定课题，撰写开题报告。

2．学生讨论分解课题，学生分组，确定组长，划分各组具体任务。

3．学生和指导老师一起研究制定研究计划。

4．相关知识的准备：

①通过阅读教材有关章节和听取指导老师的开题报告了解相关知识；

②通过信息确定获取信息、处理信息的实践方法；

③学习查资料、作调查、记录数据、发现问题、分析问题和解决问题的方法；

④完成报告。

二、设计方案

为了完成这一调查，指导老师对学生进行必要的动员及交待注意事项，然后根据学生能力特点成立三个研究小组，并选定小组长。以擅长上网并有一定条件的同学为组长的“信息小组”负责收集互联网上有关信息；以有一定交际能力的同学为组长的“调查小组”负责调查电动自行车的使用现状、种类及发展方向；以文字功底好、物理基础扎实、善于处理信息的同学为组长的“编撰小组”负责处理信息、撰写研究报告。

组长：冯浪

人员分配：

1、信息小组：黄家辉赵波

2、调查小组：郭凡张亦明

3、编撰小组：刘安妮付婕

每一小组任务确定后，小组长发动本组的成员进行讨论，明确各自目标、研究方法、研究程序、数据的记录，并形成报告等。小组长集中讨论的结果，形成整体方案，报告给指导老师，论证可行性和可靠性。

三、研究方案

I、“信息小组”

①研究目标：通过Internet调查出常用电动自行车的名称、主要结构、性能

②研究时长：3天

③撰写报告：1天，并要求就其应用作初步分类

④报告要求：word文档

II、“调查小组”

①研究目标：通过调查得出常用电动自行车的名称、性能、价格

②研究时长：5天

③撰写报告：1天

④报告要求：作好访谈记录

III、“编撰小组”

①研究目标：收集前两组的研究报告，分析信息，及时反馈给他们，并形成课题研究报告

②研究时长：2天

③撰写报告：1天

④报告要求：将调查得来的东西科学地表达出来，形成小论文，表明自已的观点、态度、立场，确保研究成果的质量。

四、课题具体研究过程

（一）研究的目的：

电动自行车是人们普遍使用的“绿色”交通工具，通过研究电动自行车上的力学问题，了解电动自行车的结构，以及每一个零件的作用，使人们更好的认识，利用电动自行车更好地为人类服务。

（二）研究模式：

研究课题研究途径得到资料研究整理

步骤I 了解电动自行车的构造及其作用

电动自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、电动机等部件中，其基本部件缺一不可。其中，车架是电动自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大，按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统，驱动系统，制动系统。

1、导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。

2、驱动（传动或行走）系统：主要为电动机。

3、制动系统：它由车闸部件组成，乘骑者可以随时操纵车间，使行驶的电动自行车减速，停驶，确保行车安全行驶。

II 详细了解一些与力学知识有关的电动自行车部件

1、车架部件是构成电动自行车的基本结构体，也是电动自行车的骨架和主体，其他部件也是直接或间接安装在车架上的。

车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车和女式车架。

车架一般采用普通碳素铜管经过焊接，组合而成。为了减轻管重量，提高强度，较高档的电动自行车采用低合金钢管制造，为了减少快速行驶的阻力，有的电动自行车还采用流线型的钢管。

由于电动自行车是依靠电动机提供动力而行驶的。车架便成为承受电动自行车行驶中所产生的冲击载，以及能否舒适，安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳和轻快。

2、外胎：分软边胎和硬边胎两种，软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。

外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。

3、脚蹬部件：

脚蹬部件装配在中轴部件，部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，电动自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件。然后由脚蹬轴转动曲柄，中轴、链条飞轮，使后轮转动，从而使电动自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，电动自行车的曲动能否顺利进行。

脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏，无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。

4、前叉部件：前叉部件在电动自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，装有减震装置，组成电动自行车的导向系统。

5、链条：链条又称车链，滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄，链轮传递到飞轮和后轮上，带动电动自行车前进。

链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。

6、飞轮：飞轮以内螺纺旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接构成电动自行车的驱动系统。

7、车闸：是保证骑乘者安全的结构，按制动点的位置来分可分为轮缘闸和轴闸两大类，我们重点介绍最常见的轮缘闸。

轮缘闸是一种通过机械杠杆、推杆、拉杆或钢丝绳等直接将高摩擦因素的闸皮压向车圈边缘后轮胎，将转动的车轮刹停的装置。

轮缘闸结构简单，维修保养方便。因此，被广泛使用。但是如果接触车圈轮缘不正，或雨水

淋湿的影响会降低摩擦，从而影响制动的效果。

8、其他：

鞍座面：是人体体重的支撑面，具有良好的强度和弹性，它由鞍座面皮和垫皮组成。鞍座架，又称鞍梁，是鞍座的主体，其结构比较复杂，一般由前后撑板，左右鞍撑上下梁组成，并接触和支撑鞍面……

步骤III 了解与电动自行车上应用的物理知识

（一）力学的应用

1、增大和减小摩擦：电动自行车的外胎，车把手塑料套，踏板套，闸把套等处均有凹凸不平的花纺以增大摩擦，刹车时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对车轮钢圈的压力，以达到制止车轮滚动的目的。车的前轴，中轴及后轴均采用滚动轴承以减小摩擦，在这些部件上，人们常常加润滑油进一步减小摩擦。

2、弹簧的减震作用：车的座垫下安有粗的螺旋状弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。

（二）压强知识的应用

电动自行车的车胎上刻有载重量，明确告诉人们：不能超载，如车载过量，车胎受力面积不变，则车胎受到太大的压强，将被压破。

1、电动自行车负重

2、车座上的物理

座垫成马鞍型，安能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车时感到舒适。

（三）简单机械知识的应用

电动自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大刹车皮的力，另外链轮牙盘与脚蹬，后轮与飞轮，车龙头与轮轴等都是轮轴，利用它们可以省力。

（四）功和能的知识应用

2、动能和势能的相互转化

骑电动自行车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，使车的速度（动能）增大“动能冲坡”，以较大的动能转化为最大势能，能够较容易到达坡顶，而骑车下坡时，不用脚蹬，车速也越来越快，这是势能转化为动能。动能不断增大，所以，车速也不断增大。

（五）刹车和惯性

电动自行车高速行驶特别是下坡时，不能单独用前闸刹车，否则会出现翻车事故。其原因是：前闸刹车，前轮被静止，而作为驱动轮的后轮车架和骑车人由于惯性还要保持原有的高速运动的趋势，这时就会以前轮与地面接触点为支点，向前翻转，造成翻车事故。

（六）测量中的应用

在测量道路的长度时，可运用电动自行车，如24型车轮直径为0.62米，26型车轮直径为0.66米，车轮转过一圈长度为直径乘以圆周率π，1.95米或2.07米，然后，让车经跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长n×1.95米或n×2.07米。

（七）热膨胀知识的应用

在炎热的夏天，车胎内的气不能充将太足，更不能放在烈日下暴晒，因为车胎内的空气受热急剧膨胀，压强猛增会将车胎胀破。

（八）机械能与内能的转化

用打气筒给车胎打气，过一会儿，筒壁会热起来，这是因为压缩筒内气体和克服活塞与筒壁的磨擦做功，使筒壁内能增加，温度升高，所以筒壁会发热。

总结：电动自行车虽然看似很简单和普通，但在它上面应用了很多的物理知识，我们只是结合高中力学知识进行了研究，难免不全面，但随着知识的增加，我想会发现更多的知识。

五、课题研究体会

通过本次课题研究，使我们熟悉了电动自行车的构造及工作原理，锻炼了查找资料的能力和社会实践能力，电动自行车中很多物理知识，使我们更加感觉到学习和实践的重要性，我们以后会更加努力的学习，更加积极地参加社会实践活动。

总结：自行车虽然看似很简单和普通，但在它上面应用了很多的物理知识，我们只是结合高中力学知识进行了研究，难免不全面，但随着知识的增加，我想会发现更多的知识。

五、课题研究体会

通过本次课题研究，使我们熟悉了自行车的构造及工作原理，锻炼了查找资料的能力和社会实践能力，自行车中很多物理知识，使我们更加感觉到学习和实践的重要性，我们以后会更加努力的学习，更加积极地参加社会实践活动。

如何选购电动自行车

1、电动自行车选购要点

电动自行车虽然受到部分消费者的青睐，但杂牌低质的电动车充斥市场的情况也不少，还有部分经营者只经营半年或一年就走人，导致消费者购买后出现问题没有保障。为此选购电动自行车要注意以下３个要点：

一、从样式上看。１．电动车的驱动方式主要有３种：一种是轮毂式驱动，一种是中置式驱动，还有一种悬挂式驱动。市场上电动自行车以轮毂驱动为主，而轮毂驱动又以后轮驱动为好，前轮驱动性能相对较差。２．电池的安放位置，从整车平衡和上下车方便考虑，以电池放置于车架斜管或立管位置的为好，配置的电池基本是经济实惠的铅酸电池。目前大多数电动自行车采用36Ｖ12ａｈ铅酸电池；24Ｖ12ａｈ的电池由于续行里程较短，消费者选择的比较少。

二、从品牌上看。消费者在选购时一定要选择经权威部门检测，并经实践证明质量可靠、返修率低、售后服务好、信誉高的品牌。消费者可以关注电动自行车上的中国自行车协会颁发的“信誉标志”。

三、现场选购很关键。根据本人实际需要和喜爱，选购合适的规格、款式和颜色。先挑选车辆的外观质量，主要看商标、贴花是否完好，油漆件、电镀件、塑料件、铝合金件的表面质量是否满意。检查车辆装配质量的好坏，包括各种螺钉紧固到位，没有松动；车把、车轮、链条、曲柄、脚蹬应运转灵活，车圈应均速，圆跳动量较小；车把、鞍座、泥板、衣架、支架要装正或是左右对称，不能有明显的偏斜；运动部件（如链条、曲柄、车轮等）与不动部件（如链罩、泥板等）不能有碰擦；电门钥匙和电池锁要试用一下，以安全可靠、使用方便为宜。电门锁、电池锁、工具箱锁应通用一把钥匙最为方便；打开电门，转动变速把手，检查无级变速和制动（刹车）断电以及制动效果，并检查电机运转是否平稳，声音是否正常；多功能和豪华型电动自行车还要检查一下所有的功能是否完好正常；最后要将发票、充电器、合格证、说明书、三包卡等取齐，并妥善保存。

2、购买电动车应注意了解安全隐患

电动车作为一种新型交通工具已经被越来越多的消费者所接受。但目前市场上的电动车产品质量良莠不齐，有的存在安全隐患，消费者购买时应该注意。

近日，市工商局组织人员对电动车市场进行了一次专项检查。从检查结果来看，一些知名品牌电动车专卖店经营较为规范，产品质量较好。但检查中也发现了一些不符合国家检测标准的电动车。这些电动车存在重量超重、最高车速超标、制动性能不符合要求等安全隐患。工商部门对这些电动车依法进行了查封。检查人员提醒消费者，在购买电动车时，应注意电池容量、行驶里程和使用寿命，尽量选购知名品牌，还应多比较多了解。

电动车中的摩擦力问题

增大和减小摩擦：电动自行车的外胎，车把手塑料套，踏板套，闸把套等处均有凹凸不平的

花纺以增大摩擦，刹车时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对车轮钢圈的压力，以达到制止车轮滚动的目的。车的前轴，中轴及后轴均采用滚动轴承以减小摩擦，在这些部件上，人们常常加润滑油进一步减小摩擦。

在制动时通过停止电动机工作，刹车片相互摩擦，阻止轮胎继续滚动，使轮胎与地面形成滑动摩擦力，从而减小速度，达到减速的目的。在雨雪天气时，由于地面较滑，应减速行驶，以保障骑车人的安全

电动车中的电学问题

1.车锁相当于一个单刀多掷开关，开之不同档位，连接不同的电路。主要有连接电动机和油门和连接电动机、车灯、油门两个电路

2.油门油门相当于一个滑动变阻器，扭转角度不同，电路中电流大小不同，以此控制电动机的输出机械功。

3.车灯车灯主要为LED灯，具有节能，亮度较高的优点，缺点在于射程较近。

杠杆原理在电动自行车中的应用

车龙头为杠杆原理的典型应用

龙头为一根杆子，人手放置于杆的两端，可以非常省力的改变前轮方向，节省骑车人的力气，使驾驶电动自行车的人的安全有了更多的保障。

电磁感应

直流电动机通过直流电流的线圈在磁场的作用下，可以产生电磁转矩，在电磁力的驱动下定向旋转，再加上换向器和电刷的共同作用，保证靠近N极和S极的线圈总是通过恒定方向的电流，导致电磁转矩方向不变，达到持续旋转的效果。

电动机就是依靠这个原理，在多匝线圈，多对磁极的作用下，达到电动的作用。