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變速自行車(chē)的奧秘變速自行車(chē)可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同的“擋位”來(lái)應(yīng)對(duì)不同的路面情況--需要爬坡時(shí)，可以降低擋位，此時(shí)會(huì)感覺(jué)自己騎起來(lái)“更輕松”，到了下坡時(shí)，可以提升擋位，此時(shí)會(huì)感覺(jué)自己“騎得更快”。這之中的奧秘在哪里呢，讓我們一起來(lái)探究吧！
如圖1所示是變速自行車(chē)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，它與普通自行車(chē)的區(qū)別在于，它的后齒輪由多個(gè)半徑不同的齒輪共同組成（普通自行車(chē)的后齒輪只有一個(gè)）。選擇不同的擋位時(shí)，自行車(chē)的鏈條會(huì)調(diào)整到相應(yīng)擋位的后齒輪上：選擇低擋位時(shí)，鏈條調(diào)整到半徑較大的齒輪上，選擇高擋位時(shí)，鏈條調(diào)整到半徑較小的齒輪上。
自行車(chē)的前齒輪和腳踏板構(gòu)成一個(gè)輪軸型的杠桿結(jié)構(gòu)，動(dòng)力是人給腳踏板的蹬力，阻力是鏈條對(duì)前齒輪的拉力，動(dòng)力臂是腳踏板到軸心的長(zhǎng)度，阻力臂是前齒輪半徑，此時(shí)動(dòng)力臂大于阻力臂，因此是一個(gè)省力杠桿。自行車(chē)的后齒輪和后車(chē)輪構(gòu)成另一個(gè)輪軸型的杠桿結(jié)構(gòu)，動(dòng)力是鏈條對(duì)后齒輪的拉力，阻力是地面給后車(chē)輪的摩擦力，動(dòng)力臂是后齒輪半徑，阻力臂是后車(chē)輪半徑，此時(shí)動(dòng)力臂小于阻力臂。
騎自行車(chē)時(shí)，人踩腳踏板一圈，前齒輪跟著轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的長(zhǎng)度為前齒輪的周長(zhǎng)。與此同時(shí)，鏈條帶動(dòng)后齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于后齒輪的半徑小于前齒輪，為了保證鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的長(zhǎng)度相同，后齒輪必須轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)大于前齒輪。后齒輪的半徑越小，它轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)就越多。后齒輪同時(shí)帶動(dòng)后車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，它們轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)保持一致。因此，后齒輪越小，腳踩一圈，后車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)越多，即自行車(chē)前進(jìn)的距離越長(zhǎng)。
在爬坡時(shí)，自行車(chē)受到的摩擦阻力較大，因此需要把后齒輪的半徑（動(dòng)力臂）調(diào)整得大一些，以達(dá)到相對(duì)省力的效果。在下坡時(shí)，自行車(chē)受到的摩擦阻力較小，此時(shí)為了讓自行車(chē)更快前進(jìn)，可以將后齒輪的半徑調(diào)小。

（1）自行車(chē)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，后齒輪和后車(chē)輪組成一個(gè)

費(fèi)力

費(fèi)力

（省力/費(fèi)力/等臂）杠桿。
（2）請(qǐng)?jiān)趫D2中畫(huà)出最省力時(shí)，人腳對(duì)腳踏板的力F（作用點(diǎn)面在腳踏板中心），以及這個(gè)力對(duì)應(yīng)的力臂L。（提示：腳可以向各個(gè)方向用力踩腳踏板，腳踏板可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)適應(yīng)腳的用力方向。）
（3）爬坡時(shí)，應(yīng)將鏈條調(diào)整至半徑較

大

大

（大/?。┑暮簖X輪上，從而達(dá)到相對(duì)省力的目的。
（4）前齒輪和后齒輪在共同工作時(shí)，其特征是

B

B

A．相同時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)相同
B．相同時(shí)間帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的長(zhǎng)度相同
C．相同時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)和帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的長(zhǎng)度均相同
D．相同時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)和帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的長(zhǎng)度均不相同
（5）自行車(chē)在水平道路上行駛時(shí)，后車(chē)輪所受的摩擦阻力約為20N，一輛自行車(chē)后車(chē)輪的半徑約為35cm,若它此時(shí)鏈條掛在中間擋位的后齒輪上，其半徑為5cm,由于前齒輪與后齒輪由鏈條連接，所以前、后齒輪受到的鏈條的拉力相同，若前齒輪的半徑為10cm,腳踏板到軸心的長(zhǎng)度為25cm,則自行車(chē)勻速行駛時(shí)，人蹬車(chē)的力至少應(yīng)為

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N。