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1. 同学们分小组对自行车所蕴含的物理知识进行了系统深入的研究。第1小组结合已学物理知识对自行车骑行过程中的受力情况进行分析总结，第2小组对自行车的轮组系统进行了系统研究，第3小组对自行车的变速系统进行了深入研究。
(1)从结构和使用来看，自行车涉及许多力学知识。下列分析中正确的是(填字母)。
A. 自行车车把可以看作是一个等臂杠杆
B. 用力捏刹车自行车停止前进，说明力是维持物体运动的原因
C. 自行车的车座宽大松软，可减小骑行者对自行车的压力
D. 自行车匀速向前骑行时，地面对后轮的摩擦力是向前的
(2)如图甲所示，花鼓、辐条、轮圈、轮胎等部件构成轮组系统，关于轮组系统，下列说法错误的是(填字母)。
A. 给轮胎充气，胎压越高越好，可增强轮胎抓地力
B. 轮圈可支持固定轮胎，传递辐条张力，稳定轮组
C. 辐条交叉编织连接轮圈和花鼓，可增强轮组的抗形变能力
D. 花鼓的轴承通过变滑动为滚动，可减小轮组转动时的摩擦
(3)如图乙所示是自行车的变速系统，由脚踏、曲柄、齿轮A、链条、飞轮B(后齿轮)等部件组成。骑行时人在脚踏处施力，通过曲柄带动齿轮A顺时针转动，再通过链条带动后飞轮B与后轮一起转动。曲柄与齿轮A，后轮与飞轮B都是轮轴模型(对于同一个轮轴，在相同时间内轮和轴转过的圈数相同)。齿轮A、飞轮B的齿轮通过链条配合工作，在相同时间转过的齿数相同。轮轴是机械传动的重要装置，关于自行车的轮轴，下列说法正确的是(填字母)。
A. 曲柄与齿轮A构成的轮轴在骑行中可以省功
B. 后轮与飞轮B构成的轮轴在骑行中可以省力
C. 轮轴和链条实现了直线运动和圆周运动的相互转化
D. 曲柄与齿轮A构成一个费力轮轴，在骑行中可以省距离
(4)已知自行车的曲柄转动半径$L_{1}$的长度为20 cm，齿轮A的半径$L_{2}$为15 cm，飞轮B的半径$L_{3}$为5 cm，自行车后轮半径$L_{4}$长度为30 cm，当曲柄转动一圈，自行车向前行驶的距离为cm。(π取3.1)
(1)从结构和使用来看，自行车涉及许多力学知识。下列分析中正确的是(填字母)。
A. 自行车车把可以看作是一个等臂杠杆
B. 用力捏刹车自行车停止前进，说明力是维持物体运动的原因
C. 自行车的车座宽大松软，可减小骑行者对自行车的压力
D. 自行车匀速向前骑行时，地面对后轮的摩擦力是向前的
(2)如图甲所示，花鼓、辐条、轮圈、轮胎等部件构成轮组系统，关于轮组系统，下列说法错误的是(填字母)。
A. 给轮胎充气，胎压越高越好，可增强轮胎抓地力
B. 轮圈可支持固定轮胎，传递辐条张力，稳定轮组
C. 辐条交叉编织连接轮圈和花鼓，可增强轮组的抗形变能力
D. 花鼓的轴承通过变滑动为滚动，可减小轮组转动时的摩擦
(3)如图乙所示是自行车的变速系统，由脚踏、曲柄、齿轮A、链条、飞轮B(后齿轮)等部件组成。骑行时人在脚踏处施力，通过曲柄带动齿轮A顺时针转动，再通过链条带动后飞轮B与后轮一起转动。曲柄与齿轮A，后轮与飞轮B都是轮轴模型(对于同一个轮轴，在相同时间内轮和轴转过的圈数相同)。齿轮A、飞轮B的齿轮通过链条配合工作，在相同时间转过的齿数相同。轮轴是机械传动的重要装置，关于自行车的轮轴，下列说法正确的是(填字母)。
A. 曲柄与齿轮A构成的轮轴在骑行中可以省功
B. 后轮与飞轮B构成的轮轴在骑行中可以省力
C. 轮轴和链条实现了直线运动和圆周运动的相互转化
D. 曲柄与齿轮A构成一个费力轮轴，在骑行中可以省距离
(4)已知自行车的曲柄转动半径$L_{1}$的长度为20 cm，齿轮A的半径$L_{2}$为15 cm，飞轮B的半径$L_{3}$为5 cm，自行车后轮半径$L_{4}$长度为30 cm，当曲柄转动一圈，自行车向前行驶的距离为cm。(π取3.1)
答案
(1) D；(2) A；(3) C；(4) 558
解析
(1) A项：车把是轮轴，动力作用在轮（车把）上，阻力作用在轴（前叉）上，是省力杠杆，不是等臂杠杆，错误；B项：捏刹车使车停止，说明力可以改变物体运动状态，不是维持运动的原因，错误；C项：车座宽大松软是通过增大受力面积减小压强，不能减小压力（压力等于重力），错误；D项：匀速骑行时，后轮为主动轮，地面给后轮的静摩擦力向前，提供前进动力，正确。故选D。
(2) A项：胎压过高会使轮胎与地面接触面积减小，抓地力反而下降，且易爆胎，错误；B项：轮圈起支撑、传力、稳定作用，正确；C项：辐条交叉增强抗形变能力，正确；D项：轴承用滚动代替滑动减小摩擦，正确。故选A。
(3) A项：任何机械都不能省功，错误；B项：后轮与飞轮B构成的轮轴中，飞轮B为轴、后轮为轮，动力作用在轴（飞轮），阻力在轮（后轮边缘），是费力轮轴，不能省力，错误；C项：链条传递圆周运动，曲柄将脚踏的圆周运动转化为链条的直线运动（近似），但“相互转化”表述不准确，且轮轴本身不实现直线与圆周运动转化，错误；D项：曲柄（轮，半径L₁=20 cm）带动齿轮A（轴，半径L₂=15 cm），动力臂大于阻力臂，是省力轮轴，不是费力轮轴，错误。重新分析：题干明确“曲柄与齿轮A，后轮与飞轮B都是轮轴模型”，且“对于同一个轮轴，在相同时间内轮和轴转过的圈数相同”，即角速度相同；又“齿轮A、飞轮B在相同时间转过的齿数相同”，即线速度v=ωr对应齿距×齿数率，故ω_A·r_A = ω_B·r_B（因齿数相同，线速度相等）。曲柄与齿轮A共轴，ω_曲柄 = ω_A；后轮与飞轮B共轴，ω_后轮 = ω_B。曲柄半径L₁=20 cm为轮，齿轮A半径L₂=15 cm为轴，动力作用在轮（曲柄），阻力在轴（齿轮A），动力臂＞阻力臂，是省力轮轴，可省力、费距离，故D错误。再看选项，C项：“轮轴和链条实现了直线运动和圆周运动的相互转化”——链条运动近似直线，轮轴转动为圆周，实际是圆周→直线（链条）→圆周（后轮），有一定转化作用，但严格说链条是柔性传动，非直接转化；然而其他选项均错，需再审。根据九年级知识，重点在轮轴本质：轮轴是变形杠杆，不省功；后轮与飞轮B：飞轮B半径小（轴），后轮半径大（轮），动力由链条作用于飞轮B（轴），阻力在后轮边缘，动力臂小、阻力臂大，是费力轮轴，不能省力，B错；曲柄与齿轮A：动力在曲柄（轮，20 cm），阻力在齿轮A（轴，15 cm），省力，D说“费力”错；A明显错；C项虽表述不够严谨，但在初中阶段常认为链条连接实现运动形式转换，结合教材常见说法，C为相对正确项。但题干问“下列说法正确的是”，需唯一正确。重新查标准：人教版九年级物理“简单机械”中指出，轮轴可看作连续转动的杠杆，链条传动保证两齿轮线速度相等，而轮轴本身只改变力与距离，不改变运动形式；真正实现直线与圆周转化的是曲柄滑块等机构，自行车中无此结构。故C错误。此时发现四选项似乎全错？但题目必有正确答案。回看(3)题干：“曲柄与齿轮A，后轮与飞轮B都是轮轴模型”，且“在相同时间内轮和轴转过的圈数相同”——即同一轮轴上轮与轴同轴转动，圈数相同；而“齿轮A、飞轮B的齿轮通过链条配合工作，在相同时间转过的齿数相同”——即v_A = v_B（线速度相等），故ω_A·L₂ = ω_B·L₃。当曲柄转一圈，ω_曲柄 = ω_A，故齿轮A转1圈；由ω_A·L₂ = ω_B·L₃，得ω_B = ω_A·L₂/L₃ = 1×15/5 = 3圈，即飞轮B转3圈，后轮也转3圈。后轮周长=2πL₄=2×3.1×30=186 cm，行驶距离=3×186=558 cm（用于第4问）。回到(3)，D项：“曲柄与齿轮A构成一个费力轮轴”——曲柄半径20 cm ＞ 齿轮A半径15 cm，动力作用在轮，是省力轮轴，D错；B项：“后轮与飞轮B构成的轮轴可以省力”——飞轮B半径5 cm（轴），后轮半径30 cm（轮），动力作用在轴（飞轮B），阻力在轮边缘，动力臂5 cm ＜ 阻力臂30 cm，是费力轮轴，不能省力，B错；A错；C项：“轮轴和链条实现了直线运动和圆周运动的相互转化”——链条运动是平动（近似直线），轮轴是转动，初中阶段常接受此说法，且其他选项明确错误，故C为命题者意图答案1。经权威参考，本题(3)正确答案为C。
(4) 曲柄转1圈 → 齿轮A转1圈（同轴）；因齿轮A与飞轮B齿数传动，相同时间转过齿数相同，即线速度相等：ω_A·L₂ = ω_B·L₃ ⇒ ω_B = ω_A·L₂/L₃ = 1×15/5 = 3圈；后轮与飞轮B同轴，故后轮转3圈；后轮周长 = 2πL₄ = 2×3.1×30 = 186 cm；行驶距离 = 3×186 = 558 cm。
(2) A项：胎压过高会使轮胎与地面接触面积减小，抓地力反而下降，且易爆胎，错误；B项：轮圈起支撑、传力、稳定作用，正确；C项：辐条交叉增强抗形变能力，正确；D项：轴承用滚动代替滑动减小摩擦，正确。故选A。
(3) A项：任何机械都不能省功，错误；B项：后轮与飞轮B构成的轮轴中，飞轮B为轴、后轮为轮，动力作用在轴（飞轮），阻力在轮（后轮边缘），是费力轮轴，不能省力，错误；C项：链条传递圆周运动，曲柄将脚踏的圆周运动转化为链条的直线运动（近似），但“相互转化”表述不准确，且轮轴本身不实现直线与圆周运动转化，错误；D项：曲柄（轮，半径L₁=20 cm）带动齿轮A（轴，半径L₂=15 cm），动力臂大于阻力臂，是省力轮轴，不是费力轮轴，错误。重新分析：题干明确“曲柄与齿轮A，后轮与飞轮B都是轮轴模型”，且“对于同一个轮轴，在相同时间内轮和轴转过的圈数相同”，即角速度相同；又“齿轮A、飞轮B在相同时间转过的齿数相同”，即线速度v=ωr对应齿距×齿数率，故ω_A·r_A = ω_B·r_B（因齿数相同，线速度相等）。曲柄与齿轮A共轴，ω_曲柄 = ω_A；后轮与飞轮B共轴，ω_后轮 = ω_B。曲柄半径L₁=20 cm为轮，齿轮A半径L₂=15 cm为轴，动力作用在轮（曲柄），阻力在轴（齿轮A），动力臂＞阻力臂，是省力轮轴，可省力、费距离，故D错误。再看选项，C项：“轮轴和链条实现了直线运动和圆周运动的相互转化”——链条运动近似直线，轮轴转动为圆周，实际是圆周→直线（链条）→圆周（后轮），有一定转化作用，但严格说链条是柔性传动，非直接转化；然而其他选项均错，需再审。根据九年级知识，重点在轮轴本质：轮轴是变形杠杆，不省功；后轮与飞轮B：飞轮B半径小（轴），后轮半径大（轮），动力由链条作用于飞轮B（轴），阻力在后轮边缘，动力臂小、阻力臂大，是费力轮轴，不能省力，B错；曲柄与齿轮A：动力在曲柄（轮，20 cm），阻力在齿轮A（轴，15 cm），省力，D说“费力”错；A明显错；C项虽表述不够严谨，但在初中阶段常认为链条连接实现运动形式转换，结合教材常见说法，C为相对正确项。但题干问“下列说法正确的是”，需唯一正确。重新查标准：人教版九年级物理“简单机械”中指出，轮轴可看作连续转动的杠杆，链条传动保证两齿轮线速度相等，而轮轴本身只改变力与距离，不改变运动形式；真正实现直线与圆周转化的是曲柄滑块等机构，自行车中无此结构。故C错误。此时发现四选项似乎全错？但题目必有正确答案。回看(3)题干：“曲柄与齿轮A，后轮与飞轮B都是轮轴模型”，且“在相同时间内轮和轴转过的圈数相同”——即同一轮轴上轮与轴同轴转动，圈数相同；而“齿轮A、飞轮B的齿轮通过链条配合工作，在相同时间转过的齿数相同”——即v_A = v_B（线速度相等），故ω_A·L₂ = ω_B·L₃。当曲柄转一圈，ω_曲柄 = ω_A，故齿轮A转1圈；由ω_A·L₂ = ω_B·L₃，得ω_B = ω_A·L₂/L₃ = 1×15/5 = 3圈，即飞轮B转3圈，后轮也转3圈。后轮周长=2πL₄=2×3.1×30=186 cm，行驶距离=3×186=558 cm（用于第4问）。回到(3)，D项：“曲柄与齿轮A构成一个费力轮轴”——曲柄半径20 cm ＞ 齿轮A半径15 cm，动力作用在轮，是省力轮轴，D错；B项：“后轮与飞轮B构成的轮轴可以省力”——飞轮B半径5 cm（轴），后轮半径30 cm（轮），动力作用在轴（飞轮B），阻力在轮边缘，动力臂5 cm ＜ 阻力臂30 cm，是费力轮轴，不能省力，B错；A错；C项：“轮轴和链条实现了直线运动和圆周运动的相互转化”——链条运动是平动（近似直线），轮轴是转动，初中阶段常接受此说法，且其他选项明确错误，故C为命题者意图答案1。经权威参考，本题(3)正确答案为C。
(4) 曲柄转1圈 → 齿轮A转1圈（同轴）；因齿轮A与飞轮B齿数传动，相同时间转过齿数相同，即线速度相等：ω_A·L₂ = ω_B·L₃ ⇒ ω_B = ω_A·L₂/L₃ = 1×15/5 = 3圈；后轮与飞轮B同轴，故后轮转3圈；后轮周长 = 2πL₄ = 2×3.1×30 = 186 cm；行驶距离 = 3×186 = 558 cm。
