师:同学们,你们好,欢迎来到今天的科学课堂。在前面几节课,我们分别学习了四种简单机械。今天,我们不再研究某一种机械,而是探讨机械之间相互合作的关系,也就是力在机械间的传递方式。现在,我们就开始学习自行车车轮转动的奥秘。
提起自行车,相信很多同学都很熟悉,它是日常生活中常见的交通工具。那你们知道最早的自行车是什么样子吗?接下来,我们一起了解自行车的发展史。最早的自行车是 1770 年法国人希布拉克制造的,它形似木马,下面有两个木轮。人骑在上面,靠双脚蹬地让自行车前进。虽然它有些笨重,改变方向时还得下车搬动,但当希布拉克骑着它在公园出现时,还是引起了人们的极大兴趣。在随后的一百多年里,许多人对自行车的外形进行了改造,大家可能在不同地方见过各种各样的自行车。直到 1886 年,英国机械工程师斯塔利设计出一种新样式。他给自行车装上了前叉和车闸,让前后轮大小相同,还用钢管制成菱形车架,并首次使用橡胶车轮。斯塔利不仅改进了自行车,还改制了许多生产自行车零件的机床,因此后人称他为“自行车之父”。
介绍完自行车的知识,老师想请同学们仔细观察这两幅图片,找找它们有什么不同。细心的同学应该很容易发现,左边这幅自行车,车轮和脚踏连接在一起,人踩动踏板就能带动车轮运转;右边这幅自行车,脚踏和中间的大齿轮相连,踩动踏板时,大齿轮转动,再通过链条将动力传递到固定在后轮的小齿轮上。这就是我们今天要介绍的传动装置。自行车能够转动,正是因为链条将动力从踏板传动到后轮。像自行车链条这样的装置,就叫做传动装置。传动装置可以帮助力从一个地方传递到另一个地方,协助整个机械运行。传动装置在生活中应用广泛,只是很多时候它被包裹在物体内部,不太容易被注意到。比如机械表,小小的表盘里分布着大大小小不同的齿轮,就是通过传动装置将动力传递到指针上,让手表运转;玩具车通过传动装置把发动机产生的动力传递到车轮,使玩具车跑起来;以前家里的缝纫机,人们踩动下方踏板,借助传动装置将动力传递到上部零件,让缝纫机工作。
类似的传动装置在工业和生活中有许多不同类型。今天,我们以两种传动装置为代表,探究它们的特点。既然是科学课,我们就通过实验来探究。大家看,这是第一种传动装置,想必有同学已经发现,这就是自行车常用的传动装置——链条传动装置,它的主要部件是齿轮和链条。接下来,我们围绕链条传动装置做一些科学探究演示实验,探究其特点。实验内容是制作一个链条传动装置,分别按顺时针方向转动一圈大轮和小轮,观察另一个轮子转动的方向和圈数。
同学们看,这是老师提前搭建好的链条传动装置模型。现在,老师将顺时针转动一圈大齿轮,请大家仔细观察小齿轮的转动方向和转动圈数。看清楚了吗?老师再试一次。
实验做完,我们一起来完成实验表格。当大轮按顺时针转动时,我们可以直观看到小轮也是顺时针转动。当大轮转动一圈时,小轮转动圈数大于一圈。这就是刚才探究链条传动装置的结果。如果用同样方法转动小轮,又会怎样呢?我们再做一次实验探究。老师将顺时针转动一圈小轮,请同学们仔细观察大轮的转动方向和转动圈数。看清楚了吗?再试一次。
接下来完成实验表格。当小轮顺时针转动时,大轮转动方向也是顺时针,当小轮转动一圈时,大轮转动圈数小于一圈。通过这两个演示实验,相信同学们已经有所发现,在链条传动中,同一链条连接的两个齿轮,转动方向相同,转动圈数不同。老师再引申一个问题,如果把链条传动装置中的齿轮换成两个相同大小的,它们的转动圈数会有什么变化呢?大家不妨先猜测一下。同样,我们用实验来验证。这是两个同样大小齿轮组件的链条传动装置模型。老师将顺时针转动一圈其中一个齿轮,请大家仔细观察另一个齿轮的转动方向和转动圈数。看清楚了吗?再来试一次,和你们设想的一样吗?原来,当把两个齿轮换成相同大小时,它们转动圈数一样。通过这个小实验,我们发现轮子转动的圈数或快慢程度与轮子大小有关。可以得出结论:通过改变轮子大小,能改变轮子转动快慢,以满足不同应用需求。
