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第三届全国数理化学科能力竞赛物理应用论文  PAGE \* MERGEFORMAT 11 第三届全国中学生数理化学科能力竞赛 物理应用论文 《山地车挡泥板挡泥效果的应用论文》 山西省太原市成成中学 高一年级 1003班 吕 嘉 玮 指导老师：牛 晨 山地车挡泥板挡泥效果的应用论文 山西省太原市成成中学高一年级1003班 吕嘉玮 指导老师：牛 晨 摘 要：现在，山地车在人们的日常生活中已经非常普遍，但是，一到下雨天，大家就会深受山地车后轮溅起的泥点困扰。为了解决这一问题，人们通过各种方式来增加挡泥板的长度，以此来减少落在身后的泥点，但是，挡泥板究竟多长为宜呢？本文旨在尽可能不改变大家日常骑行习惯和较低成本的前提之下，利用抛体运动﹑圆周运动、虹吸等物理知识，运用控制变量法等物理实验方法进行实验并采集、分析所得数据，从而对现有的挡泥板进行合理的调整，使其尽可能满足人们的需求。 关键词：抛体运动 圆周运动 控制变量法 虹吸 挡泥板 1前言 自行车是一种非常受欢迎的交通工具，特别是在如今低碳生活的生活方式之下，自行车的作用便显得格外重要。其中，山地车受到大多数青年人的追崇，但是，下雨天溅到背后的泥点让大家对山地车“又爱又恨”，我也是这群人当中的一个。在学习了抛体运动⑴与圆周运动⑵之后，由普通自行车的后轮结构，我想到能否通过对现有的挡泥板进行改造，使其能够阻挡大部分在雨天由后轮甩出的泥点。 在请教了物理老师之后，我决定研究这一课题，来对现有的挡泥板进行改造。为了简化物理研究模型，在本实验中主要对影响实验效果明显的因素进行探究，并依照现有的知识，采集、计算并分析采集的数据来得到结论，本文的文章结构阐述如下： 通过采集数据，对挡泥板的长度与泥点的落点之间的关系进行分析；最后得出结论。 探究流程大致如下： 确定研究对象与研究目的 准备实验材料与记录数据的准备 控制变量，探究挡泥板的长度与泥点的落点之间的关系 通过实验，对数据进行分析，缩小长度范围 运用数学方法并结合理论运动公式来得出较精确结论 误差分析 得出结论 2主体 挡泥板是山地车在雨天必不可少的设备，自行车的挡泥板在一定程度上可以极大地减少落在身后的泥点，但是挡泥板究竟多长为宜呢？我为此进行了实际的探究实验。在实验中，我选用了捷安特2011 ATX 770-D的自行车⑶，该车轮胎采用正新MAVERICK 26X1.9 TPI 60城市山地车轮胎，车辆尺寸为26×17M，轮胎半径34cm，实验时车座高度为90cm，座位与挡泥板的竖直高度差为21cm,挡泥板距轮胎顶点的竖直高度为11cm。车轮的线速度约为15km/h（约为4.16667m/s）。 （图1） 图1中，F点是泥点的甩出点，当车轮转动时，泥点会在各F点沿切线方向飞出，如果安有挡泥板，泥点就会被阻挡而不会溅落到人的后背。 通过分析我们可以知道挡泥板长度越长，其挡泥效果越好，但是，挡泥板却不可以无限制的延长，其一，挡泥板过长会影响其美观，会增加风阻和山地车的重量，且一旦受损发生变形，极有可能会与车轮发生摩擦而影响山地车行进，其二，更重要的是积淀在挡泥板上的泥会随速度和时间增加愈来愈多，最后会和车轮产生摩擦而阻碍自行车的行进，所以挡泥板应当尽可能的短，但过短势必会影响其挡泥效果。故挡泥板的长度应尽量控制在一个合理的范围之内。根据物理必修二所学的知识，我们可以知道，泥点在甩离车轮时，会在该点的切线方向上，以车轮的速度为初速度做斜抛运动或竖直上抛运动。为了确保试验在理论之下进行，首先应当使车轮在竖直方向内转动，其次，车轮表面应当源源不断的有泥水注入，并且应尽可能控制车轮的线速度一定。为了满足以上目的，我用支架将自行车的后轮抬起，使其能够在竖直面内匀速转动，并利用虹吸