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變速自行車的奧秘變速自行車可以通過調(diào)節(jié)不同的“擋位”來應對不同的路面情況--需要爬坡時，可以降低擋位，此時會感覺自己騎起來“更輕松”，到了下坡時，可以提升擋位，此時會感覺自己“騎得更快”。這之中的奧秘在哪里呢，讓我們一起來探究吧！
如圖1所示是變速自行車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，它與普通自行車的區(qū)別在于，它的后齒輪由多個半徑不同的齒輪共同組成（普通自行車的后齒輪只有一個）。選擇不同的擋位時，自行車的鏈條會調(diào)整到相應擋位的后齒輪上：選擇低擋位時，鏈條調(diào)整到半徑較大的齒輪上，選擇高擋位時，鏈條調(diào)整到半徑較小的齒輪上。
自行車的前齒輪和腳踏板構(gòu)成一個輪軸型的杠桿結(jié)構(gòu)，動力是人給腳踏板的蹬力，阻力是鏈條對前齒輪的拉力，動力臂是腳踏板到軸心的長度，阻力臂是前齒輪半徑，此時動力臂大于阻力臂，因此是一個省力杠桿。自行車的后齒輪和后車輪構(gòu)成另一個輪軸型的杠桿結(jié)構(gòu)，動力是鏈條對后齒輪的拉力，阻力是地面給后車輪的摩擦力，動力臂是后齒輪半徑，阻力臂是后車輪半徑，此時動力臂小于阻力臂。
騎自行車時，人踩腳踏板一圈，前齒輪跟著轉(zhuǎn)動一圈，帶動鏈條轉(zhuǎn)動的長度為前齒輪的周長。與此同時，鏈條帶動后齒輪轉(zhuǎn)動，由于后齒輪的半徑小于前齒輪，為了保證鏈條轉(zhuǎn)動的長度相同，后齒輪必須轉(zhuǎn)過的圈數(shù)大于前齒輪。后齒輪的半徑越小，它轉(zhuǎn)過的圈數(shù)就越多。后齒輪同時帶動后車輪轉(zhuǎn)動，它們轉(zhuǎn)動的圈數(shù)保持一致。因此，后齒輪越小，腳踩一圈，后車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)越多，即自行車前進的距離越長。
在爬坡時，自行車受到的摩擦阻力較大，因此需要把后齒輪的半徑（動力臂）調(diào)整得大一些，以達到相對省力的效果。在下坡時，自行車受到的摩擦阻力較小，此時為了讓自行車更快前進，可以將后齒輪的半徑調(diào)小。

（1）自行車驅(qū)動結(jié)構(gòu)中，后齒輪和后車輪組成一個

費力

費力

（省力/費力/等臂）杠桿。
（2）請在圖2中畫出最省力時，人腳對腳踏板的力F（作用點面在腳踏板中心），以及這個力對應的力臂L。（提示：腳可以向各個方向用力踩腳踏板，腳踏板可以通過旋轉(zhuǎn)來適應腳的用力方向。）
（3）爬坡時，應將鏈條調(diào)整至半徑較

大

大

（大/小）的后齒輪上，從而達到相對省力的目的。
（4）前齒輪和后齒輪在共同工作時，其特征是

B

B

A．相同時間轉(zhuǎn)過的圈數(shù)相同
B．相同時間帶動鏈條轉(zhuǎn)動的長度相同
C．相同時間轉(zhuǎn)過的圈數(shù)和帶動鏈條轉(zhuǎn)動的長度均相同
D．相同時間轉(zhuǎn)過的圈數(shù)和帶動鏈條轉(zhuǎn)動的長度均不相同
（5）自行車在水平道路上行駛時，后車輪所受的摩擦阻力約為20N，一輛自行車后車輪的半徑約為35cm,若它此時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,腳踏板到軸心的長度為25cm,則自行車勻速行駛時，人蹬車的力至少應為

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N。