第一篇：汽車上的物理知識微課程教案

汽車上的物理知識

第1講 汽車中的物理知識 開題背景：汽車作為一種常見的交通工具，與我們的生活密切相關。汽車的普及為人類節省時間,提高工作效率,方便出游,豐富生活,促進經濟的發展。汽車為人類社會生活創造了許多新生事物，汽車藝術、汽車廣告、汽車模特、汽車展會、汽車體育、汽車旅游、汽車旅館、汽車社區、衛星城、鄉間別墅及汽車銀行等已滲透到發達國家人們的日常生活之中，改造著人們生活方式和傳統觀念，進而改變城市結構、鄉村結構和就業結構，改變人們的區域概念、住地選擇、消費結構、商業模式、生活方式和休閑方式。可以說，汽車創造了嶄新的價值觀念和生活內容。汽車雖然與我們的距離很近，司空見慣。但我們對它卻又不甚了解，其實汽車的構造來源于生活，卻又高于生活，汽車的工作原理來源于物理，卻又不限于物理。通過這次校本課程的學習，我們重點了解一些汽車中的物理知識。什么是汽車？ “汽車” 原指以可燃氣體作動力的運輸車輛，也指自身裝備動力驅動的車輛。一般具有四個或四個以上車輪，不依靠軌道或架線而在陸地行駛。汽車通常被用作載運客、貨或牽引客、貨掛車。有些進行特種作業的輪式機械以及農田作業用的輪式拖拉機等，在我國則分別被列入工程機械和農用機械之中。

一、力學方面

1、為什么汽車的底盤一般都較低且質量都較大？ 汽車的底盤一般都較低且質量都較大，這樣可以降低汽車的重心，增加汽車行駛時的穩度，增大安全性。

2、為什么汽車的車身多采取流線型設計？ 汽車的車身多采取流線型設計，可以大大的減小汽車在行進途中的阻力，以夠獲得更大的牽引力，這項發明據說是一項仿生領域的科研成果。

3、汽車輪胎上刻有輪紋,有何作用？ 汽車輪胎上刻有輪紋，不僅僅是為了增大與地面間的摩擦，而且可以在雨天有效地進行排水，最大限度的保持車輪與地面間的摩擦力，以獲得更大的抓地力，確保在雨天行車的安全性。

4、跑車的尾部與車身底部會裝有擾流板，擾流板的作用是什么？ 跑車的尾部與車身底部會裝有擾流板，擾流板的作用主要是為了減少車輛尾部的升力。如果車尾的升力比車頭的升力大，就易導致車子轉向過多、后輪抓地力減小、高速穩定性差。利用擾流板的傾斜度，使風力直接產生向下的壓力，如F1賽車尾部的擾流板一般傾斜15°，高速行駛時可達1000公 斤以上的壓力。但是，擾流板同時也增加了風阻，如Fl的風阻系數接近1.0(一般轎車為0.3～0.5)。這里就要求在設計時必須“恰到好處”，使增加的風阻與改善的性能相對非常小。5.你知道汽車剎車的原理嗎？ 剎車,顧名思義,就是可以減慢車速的東西,又名減速器。剎車踏板在方向盤下,踩住剎車,剎車杠受壓,再壓住剎車鼓,剎車鼓又壓下剎車橡皮膠,卡住輪盤,使車輪減速或停止運轉，常見的剎車裝置有“鼓式剎車”和“盤式剎車”。“鼓式剎車”在車輪轂里面裝設二個半圓型的剎車片，利用“杠桿原理”推動剎車片使剎車片與輪鼓內表面接觸而發生摩擦。“盤式剎車” 以剎車卡鉗控制兩片剎車片去夾住輪子上的剎車碟盤。在剎車片夾住碟盤時，其二者間會產生摩擦。

6、汽車的懸掛系統，懸掛系統是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面傳給車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。

7、汽車裝有避震系統，也叫做避震器或減震器，它是由彈簧構成，由于彈簧不能馬上穩定下來，也就是說彈簧被壓縮再放開以后，它會持續一段時間又伸又縮，所以避震器可以吸收車輪遇到凹凸路面所引起的震動，使乘坐舒適。

8、汽車前進的動力——地面對主動輪的摩擦力（主動輪與從動輪與地面的摩擦力的方向相反）

9、汽車在平直路面勻速前進時——牽引力與阻力互相平衡，汽車所受重力與地面的支持力平衡

10、汽車拐彎時：①司機要打方向盤——力是改變物體運動狀態的原因；②乘客會向拐彎的反方向傾倒——由于乘客具有慣性

11、汽車急剎車（減速）時，①司機踩剎車——力是改變物體運動狀態的原因；②乘客會向車行方向傾倒――慣性;③司機用較小的力就能剎住車――杠桿原理；④用力踩剎車——增大壓力來增大摩擦；⑤急剎車時，車輪與地面的摩擦由滾動變摩擦成滑動摩擦

12、不同用途的汽車的車輪還存在大小和個數的差異——這與汽車對路 面的壓強大小相關

13、汽車的座椅都設計得既寬且大，這樣就減小了對坐車人的壓強，使人乘坐舒服

14、汽車快速行駛時，車的尾部會形成一個低氣壓區，這是我們常常能在運動的汽車尾部看到卷揚的塵土形成原因

15、交通管理部門要求：①小汽車的司機和前排乘客必須系好安全帶——這樣可以防止慣性的危害；②嚴禁車輛超載——不僅僅減小車輛對路面的破壞，還有減小摩擦、慣性等；③嚴禁車輛超速——防止急剎車時，因反應距離和制動距離過長而造成車禍

16、簡單機械的應用：①方向盤、車輪、開窗搖柄等都是輪軸，②調速桿，自動開關門裝置是杠桿

17、汽車爬坡時要調為低速：由P=Fv，功率一定時，降低速度，可增大牽引力

18、關于速度路程，時間的計算問題；參照物與運動狀態的描述問題

19、認識限速，里程，禁鳴等標志牌，了解其含義 3 第2講:

二、聲學方面

1、汽車喇叭發聲要響，發動機的聲音要盡量消除（發動機上裝配消音器）――這是在聲源處減弱噪聲

2、為減輕車輛行駛時的噪聲對道旁居民的影響，在道旁設置屏障或植樹――可以在傳播過程中減弱噪聲

3、喇叭發聲：電能――機械能

三、熱學方面

1、汽車發動機常用柴油機或汽油機——它們是內燃機——利用內能來做功

2、發動機外裝有水套，用循環流動的水幫助發動機散熱——水的比熱容大

3、冬天，為防凍壞水箱，入夜時要排盡水箱中的水――防止熱脹冷縮的危害

4、小汽車的后窗玻璃板中嵌有一道道的電熱絲——它可以防止車內形成的霧氣附著于玻璃上并凝結

5、剛坐進汽車或有汽車從你身旁駛過時，會聞到濃濃的汽油味——擴散現象

6、空調車車窗玻璃設計成雙層的――防止傳熱

7、環保汽車使用氣體燃料，可減小對大氣的污染

12、汽車在高速行駛時，車的尾部會形成低壓區，這是我們常常看到車尾卷揚塵土的原因。

四、電學方面

1、汽車的發動機常用低壓電動機起動：電動機是根據磁場對電流的作用的道理制成的，工作時把電能轉化為機械能。

2、汽車電動機（汽車電機）常用車載電瓶（蓄電池）供電，汽車運行過程中可以利用的車輪帶動車載發電機發電，給蓄電池充電。給蓄電池充電時，電能轉化為化學能儲存起來，此時蓄電池是用電器；用蓄電池給電動機供電時，化學能轉化為電能，此時蓄電池才是電源

3、車載蓄電池還被用來為汽車上配裝的空調、電扇、收錄機、CD機及各種用途的電燈供電，方便地電能轉化為機械能、聲能、光能等等

3、油罐車的尾部通常要掛一條鐵鏈直達路面，這樣做有利于使運輸過程中因顛簸而產生的電荷迅速傳到大地上，避免因靜電放電而帶來災難

4、車燈發光：電能――光能

五、光學方面

1、汽車駕駛室外面的觀后鏡是一個凸鏡、平鏡還是凹鏡？ 汽車駕駛室外面的觀后鏡、交叉路口的觀察鏡都是一個凸鏡。利用凸鏡對光線的發散作用和成正立、縮小、虛像的特點，使看到的實物小，觀察范圍更大，可以開闊視野，而保證行車安全。

2、汽車前照燈總要裝有橫豎條紋的玻璃罩，為什么？ 汽車頭燈有燈泡、反射鏡和燈前玻璃罩組成。根據透鏡和棱鏡的知識，汽車頭燈玻璃罩相當于一個透鏡和棱鏡的組合體。在夜晚行車時，司機不僅要看清前方路面的情況。還要看清路邊持人、路標、岔路口等。透鏡和棱鏡對光線有折射作用，所以燈罩通過折射，根據實際情況將光分散到需要的方向上，使光均勻柔和的照亮汽車前進的道路和路邊的景物，同時這種散光燈罩還能使一部分光微向上折射，以便照明路標和里程碑，從而確保行車安全。

3、汽車前照燈里的反射鏡是一個凹鏡。它利用凹面鏡反射原理，近距光燈絲在焦點附近，遠距光燈絲在焦點上。能把放在其焦點上的光源發出的光反射成為平行光射出的性質做成的。

4、除大型客車外，絕大多數汽車的前玻璃窗都是傾斜的。為什么？ 這是因為擋風玻璃相當于平面鏡車內物體易通過它成像于司機面前，影 響司機的判斷。當汽車的前窗玻璃傾斜時，車內乘客經玻璃反射成的像在車的前上方，而路上的行人不可能會出現在上方的空中的，這樣就將車內乘客的像與路上行人的像分離開來，司機就不會出現錯覺。

5、汽車在夜間行駛時，車內一般不開燈，這樣可防止車內乘客在司機前的擋風玻璃上成像，干擾司機正確判斷

6、汽車尾燈燈罩：角反射器可將射來的光線反回，保證后面車輛安全 6

廚房中的物理知識

我們認真觀察廚房里燃料、炊具，做飯、做菜等全部過程，回憶廚房中發生的一系列變化，會看到有關的物理現象。利用物理知識解釋這些現象如下。

一、與電學知識有關的現象

1、電飯堡煮飯、電炒鍋煮菜、電水壺燒開水是利用電能轉化為內能，都是利用熱傳遞煮飯、煮菜、燒開水的。

2、排氣扇（抽油煙機）利用電能轉化為機械能，利用空氣對流進行空氣變換。

3、電飯煲、電炒鍋、電水壺的三腳插頭，插入三孔插座，防止用電器漏電和觸電事故的發生。

4、微波爐加熱均勻，熱效率高，衛生無污染。加熱原理是利用電能轉化為電磁能，再將電磁能轉化為內能。

5、廚房中的電燈，利用電流的熱效應工作，將電能轉化為內能和光能。

6、廚房的爐灶（蜂窩煤灶，液化氣灶，煤灶，柴灶）是將化學能轉化為內能，即燃料燃燒放出熱量。

二、與力學知識有關的現象

1、電水壺的壺嘴與壺肚構成連通器，水面總是相平的。

2、菜刀的刀刃薄是為了減小受力面積，增大壓強。

3、菜刀的刀刃有油，為的是在切菜時，使接觸面光滑，減小摩擦。

4、菜刀柄、鍋鏟柄、電水壺把手有凸凹花紋，使接觸面粗糙，增大摩擦。

5、火鏟送煤時，是利用煤的慣性將煤送入火爐。

6、往保溫瓶里倒開水，根據聲音知水量高低。由于水量增多，空氣柱的長度減小，振動頻率增大，音調升高。

7、磨菜刀時要不斷澆水，是因為菜刀與石頭摩擦做功產生熱使刀的內能增加，溫度升高，刀口硬度變小，刀口不利；澆水是利用熱傳遞使菜刀內能減小，溫度降低，不會升至過高。

三、與熱學知識有關的現象

（一）與熱學中的熱膨脹和熱傳遞有關的現象

1、使用爐灶燒水或炒菜，要使鍋底放在火苗的外焰，不要讓鍋底壓住火頭，可使鍋的溫度升高快，是因為火苗的外焰溫度高。

2、鍋鏟、湯勺、漏勺、鋁鍋等炊具的柄用木料制成，是因為木料是熱的不良導體，以便在烹任過程中不燙手。

3、爐灶上方安裝排風扇，是為了加快空氣對流，使廚房油煙及時排出去，避免污染空間。

4、滾燙的砂鍋放在濕地上易破裂。這是因為砂鍋是熱的不良導體，燙砂鍋放在濕地上時，砂鍋外壁迅速放熱收縮而內壁溫度降低慢，砂鍋內外收縮不均勻，故易破裂。

5、往保溫瓶灌開水時，不灌滿能更好地保溫。因為未灌滿時，瓶口有一層空氣，是熱的不良導體，能更好地防止熱量散失。

6、炒菜主要是利用熱傳導方式傳熱，煮飯、燒水等主要是利用對流方式傳熱的。

7、冬季從保溫瓶里倒出一些開水，蓋緊瓶塞時，常會看到瓶塞馬上跳一下。這是因為隨著開水倒出，進入一些冷空氣，瓶塞塞緊后，進入的冷空氣受熱很快膨脹，壓強增大，從而推開瓶塞。

8、冬季剛出鍋的熱湯，看到湯面沒有熱氣，好像湯不燙，但喝起來卻很燙，是因為湯面上有一層油阻礙了湯內熱量散失（水分蒸發）。

9、冬天或氣溫很低時，往玻璃杯中倒入沸水，應當先用少量的沸水預熱一下杯子，以防止玻璃杯內外溫差過大，內壁熱膨脹受到外壁阻礙產生力，致使杯破裂。

10、煮熟后滾燙的雞蛋放入冷水中浸一會兒，容易剝殼。因為滾燙的雞蛋殼與蛋白遇冷會收縮，但它們收縮的程度不一樣，從而使兩者脫離。

（二）與物體狀態變化有關的現象

1、液化氣是在常溫下用壓縮體積的方法使氣體液化再裝入鋼罐中的；使用時，通過減壓閥，液化氣的壓強降低，由液態變為氣態，進入灶中燃燒。

2、用焊錫的鐵壺燒水，壺燒不壞，若不裝水，把它放在火上一會兒就燒壞了。這是因為水的沸點在1標準大氣壓下是100℃，錫的熔點是232℃，裝水燒時，只要水不干，壺的溫度不會明顯超過100℃，達不到錫的熔點，更達不到鐵的熔點，故壺燒不壞。若不裝水在火上燒，不一會兒壺的溫度就會達到錫的熔點，焊錫熔化，壺就燒壞了。

3、燒水或煮食物時，噴出的水蒸氣比熱水、熱湯燙傷更嚴重。因為水蒸氣變成同溫度的熱水、熱湯時要放出大量的熱量（液化熱）。

4、用砂鍋煮食物，食物煮好后，讓砂鍋離開火爐，食物將在鍋內繼續沸騰一會兒。這是因為砂鍋離開火爐時，砂鍋底的溫度高于100℃，而鍋內食物為100℃，離開火爐后，鍋內食物能從鍋底吸收熱量，繼續沸騰，直到鍋底的溫度降為100℃為止。

5、用高壓鍋煮食物熟得快些。主要是增大了鍋內氣壓，提高了水的沸點，即提高了煮食物的溫度。

6、夏天自來水管壁大量“出汗”，常是下雨的征兆。自來水管“出汗”并不是管內的水滲漏，而是自來水管大都埋在地下，水的溫度較低，空氣中的水蒸氣接觸水管，就會放出熱量液化成小水滴附在外壁上。如果管壁大量“出汗”，說明空氣中水蒸氣含量較高，濕度較大，這正是下雨的前兆。

7、煮食物并不是火越旺越快。因為水沸騰后溫度不變，即使再加大火力，也不能提高水溫，結果只能加快水的汽化，使鍋內水蒸發變干，浪費燃料。正確方法是用大火把鍋內水燒開后，用小火保持水沸騰就行了。

8、冬天水壺里的水燒開后，在離壺嘴一定距離才能看見“白氣”，而緊靠壺嘴的地方看不見“白氣”。這是因為緊靠壺嘴的地方溫度高，壺嘴出來的水蒸氣不能液化，而距壺嘴一定距離的地方溫度低；壺嘴出來的水蒸氣放熱液化成小水滴，即“白氣”。

9、油炸食物時，濺入水滴會聽到“叭、叭”的響聲，并濺出油來。這是因為水的沸點比油低，水的密度比油大，濺到油中的水滴沉到油底迅速升溫沸騰，產生的氣泡上升到油面破裂而發出響聲。

10、當鍋燒得溫度較高時，灑點水在鍋內，就發出“吱、吱”的聲音，并冒出大量的“白氣”。這是因為水先迅速汽化后又液化，并發出“吱、吱”的響聲。

11、當湯煮沸要溢出鍋時，迅速向鍋內加冷水或揚（舀）起湯，可使湯的溫度降至沸點以下。加冷水，冷水溫度低于沸騰的湯的溫度，混合后，冷水吸熱，湯放熱。把湯揚起的過程中，由于空氣比湯溫度低，湯放出熱，溫度降低，倒入鍋內后，它又從沸湯中吸熱，使鍋中湯溫度降低。

（三）與熱學中的分子熱運動有關的現象

1、腌菜往往要半月才會變咸，而炒菜時加鹽幾分鐘就變咸了，這是因為溫度越高，鹽的離子運動越快的緣故。2

2、長期堆煤的墻角處，若用小刀從墻上刮去一薄層，可看見里面呈黑色，這是因為分子永不停息地做無規則的運動，在長期堆煤的墻角處，由于煤分子擴散到墻內，所以刮去一層，仍可看到里面呈黑色。我們在日常生活、生產中只要細心觀察身邊的物理現象，聯系到我們學過的物理知識，去分析和解釋這些現象，就能夠提高觀察、分析及解決物理問題的能力。我們在廚房里，若留心看一下其中的爐灶、器皿以及做飯、炒菜中出現的一些現象，定會發現很多處要用到物理知識。

一、熱涼粥或冷飯時，鍋內發出”撲嘟、撲嘟”的聲音，并不斷冒出氣泡來，但一嘗，粥或飯并不熱，這是為什么？ 把涼粥或飯燒熱與燒開水是不一樣的。雖然水是熱的不良身體，對熱的傳導速度很慢，但水具有很好的流動性。當鍋底的水受熱時，它就要膨脹，密度減小就上浮，周圍的涼水就流過來填補，通過這種對流，就把鍋底的熱不斷地傳遞到水的各部分而使水變熱。而涼粥或飯，既流動性差又不易傳導熱。所以，當鍋底的粥或飯吸熱后，溫度就很快上升，但卻不能很快地向上或四周流動，大量的熱就集中在鍋底而將鍋底的粥燒焦。因熱很難傳到粥的上面，所以上面的粥依然是涼的。加熱涼粥或飯時，要在鍋里多加一些水，使粥變稀，增強它的流動性。此外，還要勤攪拌，強制進行對流，這樣可將粥進行均勻加熱。

二、用砂鍋煮肉或燒湯時，當湯水沸騰后從爐子上拿下來，則湯水仍會繼續沸騰一段時間，而鐵、鋁鍋卻沒這種現象，這是為什么？ 因為砂鍋是陶土燒制成的，而非金屬的比熱比金屬大得多，傳熱能力比金屬差得多。當砂鍋在爐子上加熱時，鍋外層的溫度大大超過100℃，內層溫度略高于100℃。此時，鍋吸收了很多熱量，儲存了很多熱能。將砂鍋從爐子上拿下來后，遠高于100℃的鍋的外層就繼續向內層傳遞熱量，使鍋內的湯水仍達到100℃而能繼續沸騰一段時間，鐵、鋁鍋就不會出現這種現象（其原因請同學們自己分析）。

三、炒肉中的“見面熟”。逢年過節，人們總要炒上幾個肉菜，那么怎樣爆炒肉片呢？ 若將肉片直接放入熱油鍋里去爆炒，則瘦肉纖維中所含的水分就要急劇蒸發，致使肉片變得干硬，甚至于會將肉炒焦炒糊，大大失去鮮味。為把肉片爆炒得好吃，師傅們往往預先將肉片拌入適量的淀粉，則肉片放到熱油鍋里后，附著在肉片外的淀粉糊中的水分蒸發，而肉片里的水分難以蒸發，仍保持了原來肉的鮮嫩，還減少了營養的損失，肉又熟得快即“見面熟”。用這種方法炒的肉片，既鮮嫩味美，又營養豐富。

四、凍肉解凍用什么方法最好？從冰箱里取出凍肉、凍雞，如何將其解凍呢？ 用接近0℃的冷水最好。因為凍肉溫度是在0℃以下，若放在熱水里解凍，凍肉從熱水中吸收熱量，其外層迅速解凍而使溫度很快升到0℃以上，此的肉層之間便有了空隙，傳遞熱的本領也就下降，使內部的凍肉不易再吸熱解凍而形成硬核。若將凍肉放在冷水中，則因凍肉、凍雞吸熱而使冷水溫度很快降到0℃且部分水還會結冰。因1克水結成冰可放出80卡熱量（而1克水降低1℃只放出1卡熱量），放出的如此之多的熱量被凍肉吸收后，使肉外層的溫度較快升高，而內層又容易吸收熱量，這樣，整塊肉的溫度也就較快升到0℃。如此反復幾次，凍肉就可解凍。從營養角度分析，這種均勻緩慢升溫的方法也是科學的。3 自行車上的物理知識

你知道自行車上有哪些物理知識嗎？下面我們來看一看。

1、自行車上的摩擦知識。

①自行車外胎為什么要有凸凹不平的花紋 摩擦力的大小跟兩個因素有關：壓力的大小、接觸面的粗糙程度。壓力越大，摩擦力越大；接觸面越粗糙，摩擦力越大。自行車外胎有凸凹不平的花紋，這是通過增大自行車與地面間的粗糙程度，來增大摩擦力的，其目的是為了防止自行車打滑。

②自行車為什么能前進？ 當我們騎在自行車上時，由于人和自行車對地面有壓力，輪胎和地面之間不光滑，因此自行車與路面之間有摩擦，不過，要問自行車為何能前進？這還是依靠后輪與地面之間的摩擦而產生的，這個摩擦力的方向是向前的。那前輪的摩擦力是干什么的？阻礙車的運動！其方向與自行車前進方向相反。正是這兩個力大小相等，方向相反，所以自行車作勻速運動。不過，當人們在地上推自行車前進時，前輪和后輪的摩擦力方向都向后。那誰和這兩個力平衡呢？腳對地面的摩擦力向前！

③剎車以后，自行車為何能停止？

剎車時，剎皮與車圈間的摩擦力，會阻礙后輪的轉動。手的壓力越大，剎皮對車圈的壓力就越大，產生的摩擦力也就越大，后輪就轉動的越慢。如果完全剎死，這時后輪與地面之間的摩擦就變為滑動摩擦力（原來為滾動摩擦，方向向前），方向向后，阻礙了自行車的運動，因此就停下來了。

④自行車哪些地方安有鋼珠？為什么安鋼珠？

在自行車的前軸、中軸、后軸、車把轉動處，腳蹬轉動處等地方，都安有鋼珠。

人們騎自行車總是希望輕松、靈活、省力。而用滾動代替滑動就可以大大減小摩擦力，因此要在自行車轉動的地方安裝鋼珠，我們可以經常加潤滑油，使接觸面彼此離開，這樣就可以使摩擦力變得更小。

2、自行車上的杠桿、輪軸知識。①自行車上的杠桿

A、控制前輪轉向的杠桿：自行車的車把，是省力杠桿，人們用很小的力就能轉動自行車前輪，來控制自行車的運動方向和自行車的平衡。

B、控制剎車閘的杠桿：車把上的閘把是省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以較大的壓力壓到車輪的鋼圈上。

②自行車上的輪軸 A、中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸（腳蹬半徑大于花盤齒輪半徑）。B、自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸（手把轉動的半徑大于前叉軸的半徑）。

C、后軸上的齒輪和后輪：組成費力輪軸（齒輪半徑小于后輪半徑）。

3、自行車上的氣壓知識。

自行車內胎充氣：早期的各種輪子都是木輪、鐵輪，顛簸不已。現代自行車使用充氣內胎主要是使胎內的壓強增大，可以起到緩沖的作用，同時可以減小自行車前進的阻力。

氣門芯的作用：充氣內胎上的氣門芯，起著單向閥門的作用，只讓氣體進入，不讓氣體外漏，方便進氣，保證充氣內胎的密封。

4、自行車上光學知識。

自行車上的紅色尾燈，不能自行發光，但是到了晚上卻可以提醒司機注意，因為自行車的尾燈是由很多蜂窩狀的“小室”構成的，而每一個“小室”是由三個約成90度的反射面組成的。這樣在晚上時，當后面汽車的燈光射到自行車尾燈上，就會產生反射光，由于紅色醒目，就可以引起司機的注意。

自行車在我國是很普及的代步和運載工具。在它的“身上”運用了許多力學知識

1．測量中的應用 在測量跑道的長度時，可運用自行車。如普通車輪的直徑為0.71米或0.66米。那么轉過一圈長度為直徑乘圓周率π，即約2.23米或2.07米，然后，讓車沿著跑道滾動，記下滾過的圈數n，則跑道長為n×2.23米或n×2.07米。

2．力和運動的應用(1)減小與增大摩擦。

車的前軸、中軸及后軸均采用滾動以減小摩擦。為更進一步減小摩擦，人們常在這些部位加潤滑劑。

多處刻有凹凸不平的花紋以增大摩擦。如車的外胎，車把手塑料套，蹬板套、閘把套等。變滾動摩擦為滑動摩擦以增大摩擦。如在剎車時，車輪不再滾動，而在地面上滑動，摩擦大大增加了，故車可迅速停駛。而在剎車的同時，手用力握緊車閘把，增大剎車皮對鋼圈的壓力以達到制止車輪滾動的目的。

(2)彈簧的減震作用。

車的座墊下安有許多根彈簧，利用它的緩沖作用以減小震動。3．壓強知識的應用

(1)自行車車胎上刻有載重量。如車載過重，則車胎受到壓強太大而被壓破。(2)座墊呈馬鞍型，它能夠增大座墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強，使人騎車不易感到疲勞。

4．簡單機械知識的應用

自行車制動系統中的車閘把與連桿是一個省力杠桿，可增大對剎車皮的拉力。自行車為了省力或省距離，還使用了輪軸：腳蹬板與鏈輪牙盤；后輪與飛輪及龍頭與轉軸等。

5．功、機械能的知識運用

(1)根據功的原理：省力必定費距離。因此人們在上坡時，常騎“S形”路線就是這個道理。

(2)動能和重力勢能的相互轉化。

如騎車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動能轉化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉化為動能。

6．慣性定律的運用

快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪為什么會跳起來。這是因為前輪受到阻力而突然停止運動，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據慣性定律，人和后輪要保持繼續向前的運動狀態，所以后輪會跳起來。

切記下坡或高速行駛時，不能單獨用自行車的前閘剎車，否則會出現翻車事故！

第二篇：汽車上的英文名稱

車輪系統 < English> Wheeling System 輪轂 < English> Wheel Hub 輪胎 < English> Tire

輪胎汽門嘴 < English> Tire Valve 輪圈 < English> Wheel Disk 輪圈蓋 < English> Wheel Cover

車輪系統 < English> Wheeling System

電裝品 < English> Electrical Parts 電瓶 < English> Battery

中央門控 < English> Central Door Lock 分電盤 < English> Distributor 火星塞 < English> Spark Plug

汽車用電子鐘 < English> Digital Clock 汽車音響 < English> Car Audio

防盜器 < English> Car Burglar Alarm

雨刷及雨刷連桿 < English> Wiper / Linkage

保險絲座 < English> Fuse Seat 保險絲 < English> Fuse

洗滌壺 < English> Windshield Washer 配線 < English> Wire Harness 馬達類 < English> Motor

高壓線組 < English> Ignition Cable 喇叭 < English> Horn

發電機(零件)< English> Alternator(Components)開關類 < English> Switch 蜂鳴器 < English> Buzzer 預熱塞 < English> Glow Plug

儀表 < English> Combination Meter 燈泡 < English> Bulb 燈類 < English> Lamp

點火線圈 < English> Ignition Coil 繼電器 < English> Relay

倒車雷達 < English> Reverse Sensor 電池充電器 < English> Battery Charger 閃光器 < English> Flasher

省電器 < English> Energy Saving Unit 端子 < English> Terminal

電動座椅裝置 < English> Power Seat Unit 馬達零件 < English> Motor Components 電裝品 < English> Electrical Parts 汽車用光盤 < English> Car CD 汽車用液晶顯示器 < English> Car LCD 調整器 < English> Regulator 整流器 < English> Rectifier

電子點火器 < English> Ignition Module 倒車顯示器 < English> Rear View Display 定速器 < English> Cruise Controller

HID車燈安定器組合 < English> HID Ballast Complete Set for Headlights

LED 燈 < English> LED Lamp

車燈控制器 < English> Lighting Controller 點火線圈模塊 < English> Ignition Coil Module

外裝品 < English> Exterior Parts 水箱飾罩 < English> Radiator Grille 天線 < English> Antenna

車身護條 < English> Side Protector 防撞護墊 < English> Bumper Pad 后視鏡 < English> Door Mirror

裝飾貼紙、標志 < English> Ornament Mark 輪弧 < English> Fender Trim 擋泥板 < English> Mud Guard 擾流板 < English> Spoiler

前防撞桿 < English> Guard Assy(Front)后防撞桿 < English> Grard Assy(Rear)

內裝品 < English> Interior Parts 儀表板 < English> Instrument Panel 中央置物箱 < English> Console 孔塞 < English> Grommet Plug 地毯 < English> Floor Mat 安全帶 < English> Seat Belt

車門扶手 < English> Door Armrest 車門把手 < English> Door Handle 車門鎖 < English> Door Lock 車頂內襯 < English> Roof Lining

車窗升降搖柄 < English> Window Lifter Handle 車窗升降機 < English> Window Lifter 防水襯條 < English> Weather strip 油量表 < English> Fuel Gauge 門飾板 < English> Door Trim 室內鏡 < English> Room Mirror

音響喇叭蓋 < English> Speaker Cover(電動)座椅 < English>(Electric)Seat 頂蓬 < English> Headlining 煙灰缸 < English> Ashtray

各類隔音墊 < English> All Kinds of Silencer 飾板/飾條 < English> Garnish / Trim

儀表飾板 < English> Instrument Panel Garnish 遮陽板 < English> Sun visor 壓條 < English> Moulding

點煙器 < English> Cigar Lighter

備胎板 < English> Trim for Spare Tire 天窗 < English> Sun Roof

后置物板 < English> Rear Parcel Shelf 后艙室飾板 < English> Rear Trunk Trim

儀表板支架 < English> Instrumental Panel Mounting

其它 < english> Others 隨車工具 < english> Tools 千斤頂 < english> Jack

尼龍繩、特多龍繩 < english> Nylon Rope

生產、檢測及涂裝設備 < English> Production, Test & Painting Equipment

各類孔蓋 < English> Cap、Cover 扣具 < English> Cargo Lash

夾片、管束 < English> Clamp, Clip

油土與基準模型 < english> Clay Model and Master Model 油封 < english> Oil Seal

門鉸鏈 < english> Door Hinge 故障標志 < english> Reflector 玻璃類 < english> Glass

修理業 < english> Repairing & Maintenance 粉末冶金 < english> Powder Metallurgy 軸承 < english> Bearing

塑料件 < english> Plastic Parts 隔熱材 < english> Heat Insulator 電子件 < english> Electrical Parts

墊片類 < english> Seal、Gasket、Washer、Packing 碳刷 < english> Carbon Brush 管類 < english> Pipe, Hose, Tube 銅套類 < english> Bushing 彈簧 < english> Spring 橡膠件 < english> Rubber Parts 幫浦類 < english> Pump

螺帽/螺栓/螺絲 < english> Nut/Bolt/Screw

鍛造件(加工)< english> Forging Parts(Processing)濾清器類 < english> Filter 鎖 < english> Lock 鏡類 < english> Mirror

鑄造件(加工)< english> Casting Parts(Processing)引擎蓋鉸鏈 < english> Hinge of Engine Hood 行李箱鉸鏈 < english> Hinge of Trunk Lid 保險桿支撐 < english> Mount of Bumper

CAD/CAM車身設計 < english> CAD/CAM Car Body Design 汽車清潔保養用品 < english> Cosmetics for Automobile 涂料 < english> Paints

合成木材 < english> Synthetic Wood 電磁閥 < english> Solenoid Valve 熱水閥 < english> Heater Valve

冷煤電磁閥 < english> Refrigerate Solenoid valve 玻璃滑槽 < english> Glass Run

雙面膠帶 < english> Acrylic Foam Tape

觸媒轉換器緩沖綿 < english> Catalytic Converter Mate 黑煙過濾器 < english> Diesel Particle Filter 車用滅火器 < english> Extinguisher

零組件用材料 < english> Components Materials

汽車用行動電話 < english> Car Hand-free Mobile Phone 汽車保全系統 < english> Car Security System 汽車導航系統 < english> Car Navigation System 人造革 < english> Artificial Leather 銘板 < english> Nameplate

汽車用計算機 < english> Car Computer

無線電胎壓偵測儀 < english> Wireless Tire Monitor 汽車內裝用牛皮 < english> Leather for Car Interior 打蠟機 < english> Buffer(Car Polisher)

金屬表面處理(材料)< english> Metal Surface Treatment(Material)

插接件 < english> Connector Clip

胎壓不足警示器 < english> Tire Low Pressure Indicator 溫度感應器 < english> Water Temperature Sensor 油壓感應器 < english> Oil Pressure Sensor 機油 < english> Engine Oil

自動變速箱油 < english> Automatic Transmission Oil 油品添加劑 < english> Oil Additive 熱處理 < english> Heat Treatment

傳動件 < english> Transmission

曲柄組 < english> Chainwheel & Crank 飛輪 < english> Flywheel 鏈條 < english> Chain

變速桿 < english> Shift Lever 變速器 < english> Derailleur

電動自行車馬達 < english> Electric Bicycle Motor 電動自行車控制器 < english> Electric Bicycle Driver 齒輪箱 < english> Gear Box

車輪及剎車 < english> Wheel and Brake 輪胎 < english> Tire

夾式剎車器 < english> Caliper Brake 快拆 < english> Quick Release 花鼓 < english> Hub & Free Hub

液壓式剎車器 < english> Hydraulic Brake 腳剎車器 < english> Coaster Brake 碟式剎車器 < english> Disk Brake 輪圈 < english> Rim

輻條/輻帽 < english> Spoke/Nipple

懸臂式剎車器 < english> Cantilever Brake 控制拉線 < english> Control Cable

剎車來令片 < english> Brake Lining Shoe

配件 < english> Accessories 鈴 < english> Bell

反光片 < English> Reflector 水壺架 < English> Bottle Cage 打氣筒 < English> Floor Pump 商標貼紙 < English> Sticker 貨架 < English> Luggage Carrier 速度表 < English> Speed Meter

車體打造(改裝)< English> Car Body Building(Refitting)

引擎 < english> Engine

引擎波司 < english> Engine Bush

引擎修理包 < english> Engine Gasket Kits 引擎零件 < english> Engine Parts 凸輪軸 < english> Camshaft

凸輪軸鏈輪 < english> Sprocket Camshaft 皮帶張力器 < english> Tensioner 曲軸 < english> Crankshaft 曲軸皮帶盤 < english> Crankshaft Pulley 曲軸軸承片 < english> Crankshaft Bearing 汽門 < english> Valve

汽門座 < english> Valve Seat 汽門搖臂 < english> Valve Arm

汽門搖臂蓋 < english> Rocker Cover 汽門彈簧 < english> Valve Spring 汽門導管 < english> Valve Guide 汽缸頭(蓋)< english> Cylinder Head 汽缸襯套 < english> Cylinder Liner 汽缸體 < english> Cylinder Block 波司墊片 < english> Washer 活塞 < english> Piston

活塞肖 < english> Piston Pin 活塞環 < english> Piston Ring 活塞襯套 < english> Piston Liner 飛輪 < english> Flywheel

飛輪環齒輪 < english> Ring Gear of Flywheel 時規煉條/皮帶 < english> Timing Chain/Belt 連桿 < english> Connecting Rod

連桿軸承片 < english> Connecting Rod Bearing 搖臂軸 < english> Rocker Arm Shaft 汽門鎖 < english> Valve Cotter 止推墊片 < english> Thrust Washer 共鳴箱 < english> Resonator

噴油嘴 < english> Injection Nozzle

燃料系統 < english> Fueling System 油箱 < english> Fuel Tank

油箱浮筒 < english> Gauge Fuel Tank 空氣濾清器 < english> Air Cleaner

空氣濾清器蓋 < english> Air Cleaner Cover 空氣濾清器導管 < english> Air Intake Tube 空氣濾蕊 < english> Air Cleaner Element

消音器 < English>

Exhaust Muffler 排氣歧管 < English>

Exhaust Manifold 排氣管 < English>

Exhaust Pipe 進氣歧管 < English>

Intake Manifold 節流閥 < English>

Throttle Valve 燃油管 < English>

Fuel Pipe 燃油幫浦 < English>

Fuel Pump

燃油濾清器 < English>

Fuel Filter

觸媒轉化器 < English>

Catalytic Converter 柴油車黑煙凈化器 < English>

Diesel Particulate Filter 時規煉條/皮帶外蓋 < English>

Timing Chain/Belt Cover 燃料系統 < English>

Fueling System 廢氣回收管 < English>

EGR Tube

冷卻系統 < English> Cooling System 水箱 < English> Radiator 水管 < English> Water Hose

水箱水管 < English> Radiator Hose 水幫浦 < English> Water Pump 水箱風扇 < English> Radiator Fan 風扇 < English> Fan

副水箱 < English> Auxiliary Radiator 節溫器 < English> Thermostat 調節器 < English> Regulator

水箱支架 < English> Radiator Mounting 冷卻系統 < English> Cooling System A/C風扇 < English> A/C Fan

潤滑系統 < English> Lubrication System 油底殼 < English> Oil Pan

自排車用濾油器 < English> Oil Filter for Automatic Transmission 機油尺 < English> Oil Level Gauge 機油幫浦 < English> Oil Pump 機油濾清器 < English> Oil Filter 機油濾網 < English> Oil Strainer

潤滑系統 < English> Lubrication System 機油尺導管 < English> Oil Level Gauge Tube

空調系統 < English> Air-conditioning System 冷氣總成 < English> A/C Assembly 冷氣配管 < English> A/C Hose 冷氣導風管 < English> A/C Duct

冷氣壓縮機 < English> A/C Compressor 冷凝器 < English> A/C Condenser 暖氣總成 < English> Heater Assembly 鼓風機 < English> Blower Assembly 蒸發器 < English> Evaporator 冷媒管 < English> A/C Pipe 儲液瓶 < English> A/C Receiver

空調相關零件 < english> A/C Related Components 空氣清凈機 < english> Air Purifier 空調濾網 < english> A/C Filter

空調系統 < english> Air-conditioning System 提速器 < english> Actuator

車身鈑金件 < english> Body & Stamping Parts 引擎支撐 < english> Engine Mounting 引擎蓋 < english> Engine Hood 車身 < english> Car Body 車門 < english> Door Panel 車頂板 < english> Roof

底盤及其另件 < english> Chassis and Related Parts 底盤車架 < english> Frame 門框 < english> Sash

保險桿 < english> Bumper

鈑金件 < english> Stamping Parts 葉子板 < english> Fender

橫梁 < english> Cross Member 行李箱蓋 < english> Trunk Lid 車柱 < english> Pillar

車身鈑金件 < english> Body & Stamping Parts 支架 < english> Bracket

補強板 < english> Reinforcement Plate

底盤系統 < english> Chassis System 下臂 < english> Lower Arm 上臂 < english> Upper Arm

手剎車拉柄 < english> Parking Brake Lever 支柱總成 < english> Strut Assembly 方向盤 < english> Steering Wheel 比例閥 < english> Proportional Valve

主軸、副軸 < english> Mainshaft / Countershaft 平衡桿 < english> Stabilizer Bar 扭力桿 < english> Torsion Bar

剎車分泵 < english> Brake Cylinder

剎車來令片 < english> Brake Lining Shoe 剎車油管(軟)< english> Brake Hose 剎車油管(硬)< english> Brake Tube

剎車真空倍力器 < english> Brake Vacuum Booster 剎車總泵 < english> Brake Master Cylinder 后軸總成 < english> Rear Axle Assembly

動力方向系統 < english> Power Steering System 動力轉向油管 < english> Power Steering Hose 動力轉向幫浦 < english> Power Steering Pump 控制拉線 < english> Control Cable 排檔桿 < english> Shift Lever 排檔頭 < english> Knob

球形接頭 < english> Ball Joint 等速接頭 < english> C.V.Joint 傳動軸 < english> Propeller Shaft 葉片彈簧 < english> Leaf Spring

鼓、碟式剎車器 < english> Drum / Disc Brake Assembly 鼓式剎車盤 < english> Brake Drum 碟式剎車盤 < english> Brake Disc 輔助氣囊 < english> Air Bag 踏板 < english> Pedal 齒輪 < english> Gear

橫拉桿接頭 < english> Tie-Rod End 螺旋彈簧 < english> Coil Spring 避震器 < english> Shock Absorber 轉向連桿 < english> Steering Linkage 轉向節臂 < english> Knuckle

轉向齒輪箱 < english> Steering Gear Box 轉向機柱 < english> Steering Column 轉向總成 < english> Steering Assembly 離合器分泵 < english> Clutch Cylinder 離合器片 < english> Clutch Disc 離合器外殼 < english> Clutch Case 離合器總成 < english> Clutch Assembly

離合器總泵 < english> Clutch Master Cylinder 離合器釋放軸承 < english> Clutch Release Bearing 變速箱 < english> Transmission Box

變速箱外殼 < english> Transmission Case 曳力桿 < english> Trailing Arm

避震器前后活塞桿 < english> Piston Rod of Front and Rear Shock Absorber 底盤系統 < english> Chassis System

自排變速箱修理包 < english> Automatic Transmission Gasket Kits 齒條 < english> Gear Rack

剎車真空管 < english> Brake Boost Vacuum Tube

第三篇：小班音樂游戲：汽車上

小班音樂游戲：汽車上

活動目標

1能夠隨音樂模仿汽車上各種人物的動作，表現歌曲豐富的內容和情感。

2學會一個接一個跟進的游戲方式，能按歌曲內容用新的游戲方式連貫游戲。

3與同伴合作表演，感受合作游戲的快樂。

活動重點：學會一個接一個跟進的游戲方式

活動難點：能按一個接一個跟進的游戲方式連貫游戲。

活動準備：積木、課件、CD光盤、箭頭標記、小椅子若干

前期經驗：會演唱歌曲“汽車上”，熟悉歌曲內容。同時具備一定的音樂欣賞、音樂游戲活動的經驗。有能看懂箭頭的經驗

指導策略：

一、創設游戲情景，激發幼兒的表演興趣,演唱歌曲“汽車上”邊演唱邊模仿汽車上各種人物的動作。

歌詞：汽車上的輪子在轉呀轉、轉呀轉、轉呀轉

汽車上的雨刷器在刷刷刷、刷刷刷、刷刷刷

汽車上的喇叭在笛笛笛、笛笛笛、笛笛笛

汽車上的司機說向后走、向后走、向后走

汽車上的爸爸在呼嚕嚕、呼嚕嚕、呼嚕嚕

汽車上的娃娃在哇哇哇、哇哇哇、哇哇哇

汽車上的媽媽在須須須、須須須、須須須、二、觀察、理解階段

（用積木、課件來演示，幫助幼兒理解一個接一個跟進的游戲方式）

?1小積木的游戲：寶寶圍坐成半圓，觀看小積木怎樣進行一個接一個跟進的游戲方式（參與制定新的游戲規則）

2小動物的游戲，觀看課件，小朋友配唱，小動物來表演一個接一個跟進的游戲方式（理解學習新規則）

三、嘗試階段

?調整幼兒的座位，變為兩豎排（汽車上的樣子）坐好，清唱歌曲，分段演唱，分段練習一個接一個跟進的游戲方式，強調看地上箭頭標記。

四、游戲階段

聽語言指令進行游戲：音樂游戲：汽車上（邊演唱邊表演）教師用一個“變”字提示變換隊形）

聽音樂指令進行游戲獨立游戲：汽車上（邊演唱邊表演）幼兒獨立聽出間奏，變換隊形游戲。

分析與反思

幼兒現狀分析：我班幼兒音樂活動有濃厚的興趣，特別喜歡玩音樂游戲，有參與多種音樂游戲的經驗，在集體游戲中有初步的集體觀念，懂得互相配合。有一定的音樂欣賞能力和聽辨能力，在戶外有站隊接力賽跑的經驗，懂得要接在隊尾和向前行進往返游戲，寶寶們經歷兩年的小班生活理解能力較強，有初步的規則意識。

幼兒的前期經驗：會演唱歌曲“汽車上”，熟悉歌曲內容。同時具備一定的音樂欣賞、音樂游戲活動的經驗。能理解箭頭的作用。

以幼兒的興趣為出發點：由于教師在音樂活動中運用的方法比較靈活，注意調動幼兒的興趣、孩子們有參與多種形式的音樂活動的經驗，因此在聽辨能力上有一定的水平，對音樂活動很感興趣，他們覺得音樂活動很好玩。注重實踐性原則：在活動中注重幼兒的實踐性原則，不是簡單的教授新規則，而是注重幼兒從觀察到理解到嘗試再到掌握的過程，同時也注意以游戲貫穿始終體現愉悅性。

搭設支架：選擇適宜材料，最初，通過把幼兒身邊的小積木擬人化，來幫助幼兒參與游戲過程的制定和理解目標。在通過課件與歌曲的配合，幫助幼兒理解游戲規則，知道在間奏的時候變換隊形。借助積木、課件、箭頭、幫助幼兒學會新游戲。

觀察調整：當發現幼兒在嘗試階段出現混亂時，及時調整方法為，摸摸前面的小椅子，踩踩地上的小箭頭。

啟發引導：當看到最前面的一個小朋友愛出錯誤時，采用提問的方式進行強調，（第一個小朋友該怎么走？幼兒回答向外拐彎走）

適時介入：當第一次嘗試一個接一個跟進的游戲方式時，出現混亂，老師適時介入，用語言指令來提出方法，借助動作幫助幼兒明確目標，就是摸摸前面的小椅子，踩踩地上的小箭頭。

要做到前面的椅子上，行走路線要踩地上的箭頭。

在活動中注意了游戲的運用，將游戲貫穿活動的始終。活動從始至終體現愉悅性，幼兒的情緒飽滿高漲，在活動中注意了與社會領域的內容將結合，將聽指令融入游戲中，同時在活動中能體現同伴之間的配合。

通過本次活動幼兒掌握了一個接一個跟進的游戲方式，完成了本次活動的目標。分析原因，整個活動從始至終圍繞一條主線，在活動設計上沒有用其它分支來干擾主線，層次清楚，教學任務很明確，確保了活動的順利完成。

活動分為為6個步奏完成，每一步不重復，層層深入、環環相扣、由淺入深，圍繞目標完成。

優勢：選擇的游戲很好玩，幼兒感興趣。在活動中教師的指令清楚，幼兒明確自己的任務。

教具的選擇、和課件的使用能幫助幼兒理解和掌握一個接一個跟進的游戲規則

搭設的支架很好，能有效地幫助幼兒實現教育目標。

能比較準確的分析幼兒有的現狀，在活動中能把握住幼兒的情況，在現場能及時發現問題，并有效地調整，扭轉局面。

地上箭頭運用得很好，能很形象的幫助幼兒掌握新規則。

不足：在教具的使用上出現了錯誤，（沒有考慮到鏡面示范）有些干擾了幼兒的學習。造成幼兒開始嘗試新規則是出現了混亂。

在第一次嘗試時，應分步奏按箭頭標識來完成，效果可能會更好。

出現特殊情況（有想小便的）老師還不夠隨機地調整，只是考慮到這個游戲不能中間少一個人，那樣會亂，沒有想到老師參與到游戲中可能孩子們會更高興。

在本次活動中，通過磨課、觀摩、說課及反思，努力挖掘隱藏在活動背后的教學理念方面的問題及原因，及時調整教學策略，應用教育實踐中，并落實為教育行為。在反思、嘗試、調整、實施過程中提升自己的教育智慧。

第四篇：自行車上的物理知識開題報告

自行車上的物理知識開題報告

問題的產生背景或提出的原因:

我國是一個自行車大國,每天都有上千萬的人以自行車作為首要的交通工具。自行車運用了很多的物理知識。本課題是同學們對力學知識在自行車上的應用有一定的認識；也使同學們進一步了解物理知識是怎樣與實際相結合的，同學們能從這種應用中得到啟發。在深入了解自行車原理的基礎上，設計改裝自行車。

課題目的：

（1）提高在日常生活中發現科學原理的能力。

（2）自己用科學知識改進日用品性能的能力。

（3）提高自己觀察，收集信息的能力

（4）培養同學的合作精神，共同探究。

（5）培養學生創新能力，設計改裝自行車。

（6）通過學生親自調查與訪談，了解自行車上的物理知識，培養學生嚴謹求實和勇于探

索的科學精神、科學方法。

（7）讓我們初步掌握社會調查研究的方法，了解學術研究的基本程序和規范，培養對于

學術研究的初步興趣，體驗學術研究的成就感，初步養成良好的學術品質。

（8）通過成果展示提高學生進行科學研究的積極性，還能讓學生體驗到成功的快樂。課題研究方向：

（1）了解自行車的機械結構及其思路

（2）研究測定自行車使用時的一些物理參量方法。例如：力、加速度

（3）圍繞自行車進行有關的物理知識的應用研究

（4）你的或同學的自行車存在哪些方面的問題？你是否試圖通過自己的研究解決問題

（5）設計改裝自行車

課題進程：

階段一：確定要調查的課題,制定計劃;分析課題的可行性,明確調查對象和主要任務.階段二：研究實物,咨詢技術人員,外出采訪修車主.階段三：查找相關資料,實驗探究,整理資料,了解自行車上的物理知識.階段四：小組交流,成果匯總,得出調查報告,提出合理建議.人員分工：

報告撰寫：范凱達

查找資料：阮世超、許玉宇

整理資料：李家琪

方案設計：阮方榮

第五篇：輕量化在汽車上的應用

輕量化在汽車上的應用

一、輕量化”是新能源汽車發展方向之一

■ 輕量化是新能源汽車發展方向

汽車輕量化設計，不僅帶來油耗降低，更能促進綜合性能的全面提升。科技部部長萬鋼強調了“輕量化”是中國電動汽車的發展方向之一。

德國聯邦經濟與能源部委托德國工程師協會（VDI）編制的2015年《德國輕量化現狀盤點》研究報告中指出，輕量化對汽車制造業等許多行業意義深遠，它決定了德國工業在未來的全球市場中是否能以創新、高能效和資源節約型的產品取得統治地位。

研究表明，在市區的運行工況下，平均車重1600kg的電動車如果減重20%，能量消耗可以減少15%。如果采用增加電池來增加行駛里程，成本往往會非常高。

有關專家認為，在電池技術短期內難有重大突破的情況下，電動汽車迫切需要采用輕量化技術來降低重量，以減輕電池增重的壓力。

■ 新能源汽車輕量化設計有多種趨勢

新能源汽車企業正在做輕量化設計，北汽、長安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重視。目前正在探討新能源汽車輕量化的路線，比如，整車包括車身輕量化、全新架構底盤輕量化、電池系統輕量化以及車身內外飾與電子電器等；材料方面包括復合材料及成形工藝、輕質鋁合金及成形工藝、高強度鋼及成形工藝、輕質鎂合金及成形工藝等。

未來新能源汽車輕量化將車身高強鋼化和全鋁車身兩條路線并行，2020年先進高強鋼比例達到國際先進水平和應用全鋁車身。

汽車車身輕量化的發展趨勢是混合多材料設計。碳纖維混合材料車身不僅能夠承重，而且更安全。至于目前存在的成本高問題，碳纖維成本居高不下，主要是工藝成本高，未來批量生產，成本有望下降。

汽車對材料的成本要求很高，因此碳纖維在汽車輕量化中的應用，首先要解決成本問題。

■ 仍有問題急需解決

相比傳統汽車，新能源汽車車身結構不一樣，高強度鋼、鋁合金、鎂合金在新能源汽車上應用較多。由于新能源汽車是未來發展趨勢，國家十分重視其輕量化。

與傳統節能汽車的輕量化結構設計有所區別的是，新能源汽車的輕量化技術手段、電動汽車整車重量、續航能力與重量設計都需要重新研究。需根據不同車型，設計輕量化方案，這是企業所面臨的重要挑戰之一。

碳纖維復合材料NVH（減振降噪）水平如何提高是輕量化設計過程中所面臨的挑戰和問題。隨著輕量化技術應用越來越多，多材料的輕量化技術路徑成為必然的趨勢，因而連接技術也成為輕量化技術應用過程中的重點技術。

新能源汽車輕量化設計需要開發高集成度的電動一體化底盤產品技術，高度集成電池系統、高效高集成電驅動總成、主動懸架系統、線控轉向/制動系統、集成控制系統，實現整車操縱穩定性、電池組安全防護、底盤系統的輕量化研究應用。新能源汽車企業也需要系統規劃，圍繞整車輕量化開展整車輕量化目標制定，分解和組織行業資源針對輕量化應用技術系統進行開發。

二、專用汽車輕量化制作采用鋁合金材料的優勢

目前在專用汽車上應用較多的輕量化材料有鋁合金、鎂合金、高強度鋼、塑料及復合材料等。各大汽車公司都已經將采用這些輕量化材料的多少作為衡量汽車生產技術和新材料開發水平是否領先的重要標志。

鋁合金：與鋼相比，鋁合金具有質量輕、耐腐蝕性好、易于加工等特點，但成本較高，是近20年來在載貨汽車上使用最多的輕量化材料。

鎂合金：與鋼鐵相比，鎂合金密度小，易于加工，壓鑄經濟，其最大的特點是阻尼減振性和抗凹性好。鎂合金在上世紀40年代就被一些公司采用。鎂合金在應用上比鋁合金發展慢，主要原因是其鑄造性差、后處理工藝復雜、成本較高。當前世界上每輛汽車的鎂合金平均用量僅2.4KG。隨著研制材料技術水平的提高，其應用速度不斷加快。

塑料及復合材料：汽車塑料制品一般分為內飾件、外飾件和功能件等，目前世界主要汽車用塑料件的內飾化已基本完成。玻璃纖維增強塑料等新產品已隨著新技術的成熟而逐步擴大應用，主要用于車身內裝件和功能件。

高鋼度鋼：在輕量化材料中，與鋁合金、塑料相比，高強度鋼具有以下特點。價格低，基本上可以利用原有生產線；其彈性模量高、剛性好、耐沖擊性好及較高的疲勞強度，有些高強度鋼的抗拉強度為普通鋼的2～3倍；耐腐性差。

相比之下，鋁合金在專用汽車輕量化新材料中更加具有以下優勢：

1、整備質量低。鋁的密度低，只有2.7g/cm3，是同體積鋼的1/3重量。鋁合金材料在運輸車上的應用，極大的減輕了其自重。如御捷馬公司生產的13m鉚接式鋁合金廂式半掛車，與同類鋼制材料半掛車相比自重減輕約3t，一個45m3的鋁制半掛罐車，其自重可以減輕5t多。

2、耐腐蝕、壽命長。鋁合金具有較好的耐腐蝕性。用鋁合金制造的(廂)罐體，內部不需要涂任何防護層就可以運輸各種液體和貨物，從而保證了油品的清潔，減少了對貨物的污染。根據歐美國家的經驗，一般鋁合金運輸車輛的壽命周期一般在1520年，比普通鋼制車輛壽命長510年。同時，由于鋁合金耐腐蝕性好，可長期保持表面美觀，車輛實際使用和維護成本較低。而普通鋼制材料車輛特別是拉煤半掛車，新車投入使用不久，就會出現銹蝕“溜黃湯”現象，每年審驗時都要做噴漆整容處理，增加了使用維護成本，還給環境造成一定的污染。

3、燃油經濟性。根據歐洲鋁業協會有關的研究報告，車輛每輕100kg，百公里油耗可降低0.6L，每節約1L燃油可減少CO2排放2.3kg。如果一部運輸車減重3t，年行駛12萬km，按一半的空載里程計算，每年可節省燃油10800L，可減少CO2排放量24.84t，充分顯現出對能源的節約和環境保護的優勢。

4、有效承載增加經濟性。根據我國頒發的道路安全法規定，交通運輸車輛車貨總質量不得超過55t。為了取得更好的經濟效益，車輛輕量化，增加有效承載能力尤其重要。假如一輛運輸車輛將自身減輕的3t重量，有效的轉化為增加了3t貨物，每年還是按12萬km計算，按噸公里運輸成本0.5元，可為用戶增加收入90000元/年，經濟效益非常可觀。

5、回收價值高。由于鋁合金具有較高的耐腐蝕性，在車輛達到強制報廢年限，車體并沒有很大的損傷，車體回收價值是原鋁的85%以上。也就是說，一輛鋁合金罐式運輸車如果用鋁材料5t，車輛報廢回收至少可達8萬元，具有較高的再利用附加值。而普通鋼制運輸車，車輛強制報廢后，由于材料的耐腐蝕程度差，其車輛殘值和再利用價值很低。

6、加工工藝成熟。鋁合金也是除鋼鐵之外第二大廣泛應用的金屬，加工工藝已經日趨成熟。MIG、TIG、電阻焊等焊接方法都可以用來焊接鋁合金。同時，鋁合金也可以進行彎曲、沖壓和深拉加工。易于鉚接工藝手段加工，強度和承載能力優于碳鋼材料。

二、鋁合金專用汽車產品系列及其特點

鋁合金專用汽車產品主要有：鋁合金廂式運輸半掛車、鋁合金翼開啟廂式運輸車、鋁合金化工罐式車及冷藏保溫車等系列產品。鋁合金專用汽車造型美觀，耐腐蝕，壽命長。

1、鉚接鋁合金廂式車產品特點。無縱梁承載式車身結構設計；采用鉚接工藝制作；廂體選用鋁合金板材，耐腐蝕，壽命長；頂板為半透明玻璃鋼板；采用空氣懸架和無內胎輪胎。

2、鋁合金廂式車產品設計特點。上、下邊梁：采用高強度鋁合金擠壓成型材料。車身及外蒙皮：均采用鋁合金材料，外蒙皮選用高強度預涂漆鋁合金板，省去了現場的噴漆工序，有效的保護了現場作業環境和員工的身體健康。車頂：頂弓為鋁合金或高強度熱鍍鋅型材，設計為封閉結構，具有防下沉特性；頂蒙皮為整張半透明玻璃板，便于廂內采光，節約能源。行走部分：選用空氣懸架，無內胎真空胎，運輸過程中可以有效的降低對貨物、輪胎、公路路面和車輛部件的損傷。整車：充分體現了重量輕、節能環保、材料可回收在利用的優勢。

3、鋁合金翼開啟廂式車產品特點。側欄板為鋁合金型材，插鉚接工藝制作；側翼選用鋁合金瓦楞板；側翼可開啟約90°，裝卸效率高；手動或遙控液壓控制，操作方便。

4、鋁合金罐式運輸車產品特點。擁有國內先進的罐體成型工藝裝備和焊接生產線，選用優質鋁合金材料焊接而成。罐體全部采用高強度鋁合金板焊接而成；罐體附件均使用鋁合金材料；整備質量低，比同類罐車輕約2t；耐腐蝕，壽命長；罐體內部清潔度高。

5、冷藏保溫車產品特點。廂體采用德國技術和生產工藝，選用高性能硬質聚氨酯保溫板，經過復合熱壓成型，板內無任何金屬骨架，整體強度高、保溫性能好。廂體包邊、頂角均采用用鋁合金型材；廂內可選裝鋁合金導軌和通風槽；整備質量輕，48英尺冷藏半掛車比同類產品輕2.8t。輕型冷藏車和微型保溫車則作為短途分配性運輸的主要工具而得到快速的發展。廂體結構向合理化方向發展，新材料將會不斷的被利用。主要是聚氨酯發泡材料和鋁板，體現了冷藏保溫汽車所用材料的輕量化。

以上鋁合金運輸車輛，從產品的制造結構形式來分，主要分為鉚接式和焊接式兩大類。一是鉚接式：以廂式車為主，包括翼開啟廂式車、鋁合金廂式半掛車等。此類車輛根據車型的不同，所采用鋁合金材料的比例也不盡相同，低的30%～40%，高的可達70%～80%。二是焊接式：以罐式車、半掛車為主，包括單車罐、半掛罐車、普通半掛車等。此類車輛制作主要以焊接形式為主，所采用鋁合金材料的比例較高，部分產品所用原材料中鋁合金所占比例可達90%以上。

雖然目前鋁合金罐車進入市場的數量還不是太多，但已初步得到了用戶的接受，部分企業還拿到了國內外客戶的小批量訂單。從目前罐式車的需求形勢看，鋁合金罐式車正在逐步得到用戶的接受和認可，預計幾年內，將會呈現出良好的發展態勢，也會展現出有著較大的發展空間。

三、推廣使用鋁合金專用汽車意義重大

專用汽車輕量化對節能減排意義重大。從能源角度講，汽車燃油消耗在我國石油消耗中所占比例日益增大，有資料顯示，目前我國進口的原油的近30%被汽車消耗掉，而今后汽車消耗原油量的比例將升至50%。汽車燃油消耗量增多主要有以下兩方面的原因：一是我國經濟持續發展，帶動了汽車消費和保有量的大幅攀升；二是由于我國汽車技術水平相對落后，單車燃油消耗明顯高于國外，目前生產汽車的平均耗油量大約為國外汽車高20%～30%，而擺在我們面前的現實部題是，我國石油資源和產量有限，無法滿足國內的能源消耗，近幾年我國石油進口量逐年增多，對外依存度已超過40%，因此提高汽車的燃油經濟性，從總體上控制汽車的燃油消耗，保護國家資源具有很重要的意義。

根據國外的有關資料，車輛減輕自重10%，可降低油耗5%～8%，對于載貨車來說，減輕自重還提高了有效載荷的質量，即增加了裝載利用系數，可提高運輸效率，在降低運輸成本，這相對來說也是降低了燃油費用。推廣汽車輕量化是我國汽車工業發展的當務之急，對解決我國能源短缺，道路超載、運輸效率低下具有很重要的意義。

汽車輕量化實質上就是零部件輕量化。采用鍛造鋁合金車輪，可以很大程度減輕車的自重。比如，一輛拖掛40噸的重卡和半掛車運輸系統，一共有22個車輪，加上前后備胎共有24個。以目前我們經常用的鋼質車輪計算，如果換成鍛造鋁合金車輪，重量可減輕近600kg。不僅如此，由于鋁合金材料具有散熱好和防止輪胎橡膠老化的特點，裝上鍛造鋁合金車輪的卡車、客車、掛車可節省26%的輪胎消耗。由此可見，節能減排的效果多么明顯。

近幾年，鋁合金罐車已呈現出一定的發展勢頭。國內部分改裝企業采用鋁合金材料，研發了不同車型和不同用途的鋁合金罐式專用車。車型包括利用二類底盤改裝的單車鋁合金罐體、半鋁和全鋁半掛罐車等。基本用途涵蓋了加油車、運油車、化工液體運輸車和散裝物料運輸車等車型。

專用汽車制造材料輕量化是當今汽車技術發展的方向世界各國的汽車企業圍繞節能、節材、環保、降低成本以及提高動力性、經濟性、可靠性、安全性和舒適性等等基本性能，開展了新技術、新材料、新工藝、新產品的研究開發工作，其核心就是汽車輕量化。其主要意義表現在：一是降低燃燒消耗，增加汽車有效載荷，節省牽引動力，降低汽車運行費用。二是減少車輛對道路的損失，減少道路維護工作量。三是提高車輛的啟動加速度及制動減速度，提高汽車的運行速度及曲線通過速度。

隨著全球能源和環境壓力的不斷加大，追求汽車輕量化將成為汽車產業的發展趨勢，鋁鎂合金將是實現汽車輕量化的首選材料。歐美等發達國家鋁制專用車的開發和應用已有30多年的歷史，目前鋁制運輸掛車的普及率已經達70%。其他專用車輛，如工程車、載貨車等也較普遍的采用鋁鎂合金材料，技術已經成熟，并向標準化、系列化、多樣化發展。

盡管近十年來，我國鋁合金專用車得到不斷的發展，但總體上仍尚處于起步階段。目前，我國半掛車(廂式半掛車、倉柵半掛車、平板半掛車)社會保有量約300萬多輛，專用車企業雖有部分品種的鋁合金專用車進入市場，也得到了市場的接受，其鋁合金運輸車產品的市場份額仍然非常小。鋁合金專用車在歐美發達國家已相當普及，但在我國鋁制專用車之所以產銷量小，發展緩慢，制約的主要因素有以下幾個方面。

(1)成本高、價格高。以13m 3軸倉柵半掛車為例對比分析，普通鋼制材料的半掛車價格約為8萬～9萬元，而鋁合金材料的整車價格約為19萬～20萬元，兩者相差10多萬元，差距較大，用戶接受起來有一定的難度。

(2)運輸市場的不確定性。近幾年，隨著國家對超限超載車輛治理的不斷加強，超載現象已明顯好轉，但超載現象仍時常存在，加之用戶對新材料、新產品的接受需要一個過程，對采用鋁合金材料的運輸車輛的強度和承載能力存在疑問和顧慮。

(3)產業政策的影響。由于鋁合金專用車和普通鋼制專用車在市場價格上差異較大，鋁合金運輸車輛要想求得快速發展，需要國家產業政策的扶持。據說國家已在研究和制定輕量化運輸車輛的產業扶持政策，這對專用車行業將是個利好消息。

四、鋁合金專用車具有非常廣闊的發展與應用前景

今后一個時期，科技進步更將日新月異，生產要素流動和產業轉移的速度將趨于良性循環，國內國際兩個市場、兩種資源的相互補充，將為新材料、新產品的發展提供有利的內外部環境。國內市場隨著國民經濟總量構成變化，市場對專用汽車品種的需求格局將相應改變。

目前，我國每年新增和更新半掛車數量30萬輛，假設其中50%為鋁制半掛車，每輛車平均用鋁3t，再加上相關的掛車鋁制配件，僅此一項每年的用鋁量將遠遠超過50萬t，必將拉動鋁加工產業的快速發展。由此可以看出，今后專用車制造業將成為拉動鋁材料產業不可缺少的支柱性行業。

當前，世界汽車工業正面臨越來越嚴峻的三大課題：能源、環保和安全。減輕汽車自重以降低能耗，減少環境污染，提高汽車的燃料經濟性，節約有限資源已成為各大汽車廠最為關注的焦點。新型鋁合金專用汽車將具有強勁的發展勢頭。

汽車輕量化正是節約能源的最有效途徑，汽車輕量化的主要途徑有：(1)優化車型結構，提升整車結構強度，降低耗材用量。(2)采用輕質材料，如鋁合金、陶瓷、塑料、碳纖維復合材料等。(3)采用計算機進行結構設計。如采用有限元分析、局部加強設計等。(4)采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。其中，當前汽車輕量化采取主要措施之一就是材料輕質化，而鋁鎂合金的大量使用，又是實現車輛輕量化最有效的途徑。

根據歐美專用車市場發展歷史經驗來看，鋁合金運輸車將是今后中國運輸車輛發展的必然趨勢。國內鋁合金專用汽車今后將向以下幾個方面發展：

1、全鋁化。運輸車輛整體全鋁化，主要車身和廂(罐)體采用鋁合金的比例將達到90%以上，鋁制車輛配件的比例也將不斷提高，如半掛車的鋁合金底盤、輪輞、支腿等。

2、多品種、多車型。鋁制車輛的車型、品種將不斷豐富，首先將涵蓋罐式車、廂式車系列，并逐步向工程車、載貨車、特種車等產品延伸。

3、專業化、標準化、系列化。鋁合金運輸車輛的生產廠家在今后一個時期將會逐漸增多，在市場逐步穩定后，將逐步形成一批專業化生產企業，其車型也將向標準化、系列化方向發展，并最終形成以專業化生產廠家為中心的產業基地。

三、如何實現汽車50%的輕量化

1.提高鋼板的強度

為了減輕車身質量，首先提高現有材料的強度，然后才能減少其使用量，其中之一的措施是提高車身骨架中的高強度鋼板的強度。在高強度鋼板中，目前車身骨架中使用最多的是冷沖壓加工的440MPa級和590MPa級鋼板。也有少部分廠家使用780MPa級和980MPa級高強度鋼板。如果采用冷沖壓方式，使用了1.2GPa級鋼板；如果采用熱沖壓和冷拉延方式，使用了1.5GPa級的鋼板。

日產汽車公司的戰略曾經指出“盡可能地使用鋼鐵件”，于是在北美銷售的Infiniti Q50(日本名稱為skyline)大部分使用了高強度鋼板，見圖1。為了保護碰撞時乘客的安全，高強度鋼板主要應用于中間支柱、側頂蓋等，它們都是1.2GPa級的冷沖壓件，見圖2，并且達到了與980MPa級鋼板同等水平的加工性(延展性)，目前已經在中間支柱那樣的車身骨架中得以實現。此外，Q50車還在車身骨架中的其它部位使用了780～980MPa級、440～590MPa級高強度鋼板，與過去相比，車身質量減輕了11kg。

圖1 日產Infiniti Q50

圖2 高強度鋼板的使用部位 某鋼鐵公司的技術人員說：“把現在的熱沖壓加工的1.5GPa鋼板變成冷沖壓加工將是未來的目標”。面向2025年，據說在2022～2023年期間可以實現1.5GPa級冷沖壓模式，2025年以后實現1.8GPa熱沖壓加工模式。

2.鐵和鋁合金的復合使用

僅靠提高鋼鐵的強度，車身輕量化已達到了極限。未來考慮鐵和鋁合金的同時合理應用(也就是多種材料的同時運用)。德國戴姆勒汽車公司的新車型“奔馳C級”，白車身表面積中約48%(換算成質量約24%)使用了鋁合金。前后面罩、翼子板、車門和頂蓋都是鋁合金件，而車身骨架采用熱沖壓和冷沖壓加工的高強度鋼板或者冷沖壓加工的普通鋼板，見圖3。

圖3 C級車鋁合金使用部位

對于C級車來說，強度要求高的骨架需要使用高強度鋼板，除外板外，其它部位使用鋁合金。如果使用鋁合金，其位置必須遠離汽車的重心，或者是車體的上部使用。

這種高強度鋼板和鋁合金的復合使用將在2020年以后得以實現，主要應用于C級中型車和D級以上大型車。豐田汽車公司2017年以后，計劃在“凌志”車上使用鋁合金。某有色金屬公司的技術人員說：“2025年前車身上部將全部使用鋁合金材料”。

2025年以后，一部分平臺也將使用鋁合金。雖然車身骨架一般都使用高強度鋼板，但是為了吸收碰撞能量，平臺的前后部位也將使用鋁合金。

3.使用熱可塑CFRP(碳纖維增強復合材料)

盡管同時復合使用了鋼鐵和鋁合金，但是車身的進一步輕量化還是有極限的。如果輕量化30%，通過復合使用鐵和鋁合金可以實現；如果輕量化50%，必須使用更輕的高強度材料，只有復合使用鐵、鋁合金和CFRP才能實現。

德國寶馬汽車公司2014年4月在日本發布了一款電動汽車i3，售價500萬日元，首次采用了CFRP，主要應用部位在車身上部，稱為“生活模塊”；鋁合金主要應用于車身下部，稱為“驅動模塊”，見圖4。

圖4 寶馬汽車公司i3車體構造

通過鋁合金和CFRP的有效組合，與同級別的汽油車相比，減輕質量大約140kg。據說，2020年以后500萬日元級別的車將采用CFRP。

但是，要想把CFRP做成零部件，i3車盡管使用了RTM(樹脂傳遞模塑成型)技術，成形時間也需要花5分鐘以上。目的是把熱固化性好的環氧樹脂應用于樹脂粘結劑中去。要想在量產車中運用，成形時間必須控制在1分鐘左右。

為了使CFRP部件在1分鐘內完全成形，必須在粘結劑樹脂中使用熱可塑性樹脂。帝人公司與通用汽車公司共同開發了熱可塑性CFRP，并把該CFRP用于試制的汽車骨架上，見圖5。粘結劑樹脂中含有PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)樹脂。

圖5 熱可塑性CFRP試制車

關于1分鐘可使熱可塑性CFRP成形的技術，以東京大學項目組為主也展開了研究；與此同時，在日本NEDO(新能源產業技術綜合開發機構)的推進項目中，成立了以三菱纖維公司和東洋紡織組為主的項目組和以東萊(TORAY)公司為主的項目組，正在開發連續與非連續的碳纖維毛坯。

名古屋大學針對經濟產業部的研究項目，成立了“國際復合材料研究中心”，以2020年進入實際運用為目標展開研究。熱可塑性CFRP可以運用于貨箱隔板、地板、側圍板和發動機等結構比較復雜的部件中，據說2020年以后這些部件將被實際運用。

4.生產線下線涂裝

CFRP以外的樹脂部件以輕型車和微型車為主正在普及使用。大發汽車公司2014年6月發布的新車型COPEN的車身外板由13個樹脂部件構成，其中，頂蓋和后車窗除外，其它的11個部件可以更換，見圖6。這些部件都是下線后涂裝的，然后用螺栓固定在車體上。

圖6 COPEN車樹脂外板件

馬自達汽車公司與三菱化學公司共同開發了生物工程塑料，不需要涂裝就可以用于外裝部件上。生物材料的自然著色效果超過了涂裝之后的ABS傳統樹脂的質感(可以深層次調色，并且光滑性如鏡面一樣)，見圖7。該公司采用該樹脂制作的內裝和外裝部件將在2015年發布的新款運動跑車(ROADSTER)中采用，隨后依次在量產車上采用。

圖7 由生物材料制作的樹脂中間支柱

2020年以后如果普及使用下線涂裝樹脂和本身不需要涂裝的樹脂的話，外板涂裝工藝就會從汽車裝配線上消失。另外，2025年如果實現了汽車無人駕駛的話，由于首先解決了汽車之間不會碰撞的問題，所以車身骨架結構將變得更加簡單。

四、國產載重卡車輕量化發展趨勢淺析

卡車行業因為混合動力、電動和燃料電池等新能源汽車技術的應用困難重重和前景不明，故輕量化成為目前重卡行業節能減排最現實而又最有效的技術措施。

隨著中國經濟發展及城市化進程的加快，低碳生活的逐步樹立和深入人心，節能減排、綠色環保政策法規的逐步建立和實施,資源節約型、環境友好型社會建設步伐的加快，汽車節能已經成為汽車產業發展中的一項關鍵性研究課題，具體表現在國內物流整體向“高效率、高科技、高環保”方向發展。

汽車輕量化是社會整體水平提升、運輸效率提升的體現。減輕汽車自身重量是提高汽車燃油經濟性、降低汽車CO2排放的有效措施之一。尤其在卡車行業因為混合動力、電動和燃料電池等新能源汽車技術的應用困難重重和前景不明，故輕量化成為目前重卡行業節能減排最現實而又最有效的技術措施。

實現卡車的輕量化是一個優化車輛設計結構系統工程，它涉及整車、發動機、懸架等各個領域，甚至包括新材料以及新技術的應用。從基礎設計上通過優化結構及合理使用新材料、新技術，在不降低承載能力前提下實現的整體輕量化。

汽車車身約占汽車總重量的30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身重量上。汽車重量每降低100公斤，每百公里就可節油0.6～1.0升。若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高8%～10%；若滾動阻力減少10%，燃油效率可提高5%；若車橋、變速器等裝置的傳動效率提高10%，燃油效率可提高7%。因此，在中國式計重收費和“亂收費亂罰款超載治理”情況下，一輛輕量化卡車對于整車的燃油經濟性、車輛控制穩定性、碰撞安全性都有實際重要性，載貨車卡車輕量化已經形成發展大趨勢。

然而在此情況下，對有些卡車生產企業來說，所謂“輕量化”還是個偷換概念過程，如在技術還達不到要求的情況下，通過減少鋼板厚度、減少配件數量等等偷工減料，表面看是實現了輕量化，但卻越過了安全底線，更何談輕量化。與此同時，在亂罰款亂收費治理超載問題得不到解決的情況下，載貨車的輕量化必定要走入誤區。在市場競爭因素的綜合作用下，誰能夠在保障質量的前提下有效地降低卡車自重，實現輕量化，將是未來各大車企搶奪市場的制高點。

現從各卡車廠商推出的新產品來看，復合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復合材料是必然的趨勢。在實現輕量化的設計途徑上，一是優化車輛結構，二是在優化產品結構的基礎上應用新材料。前者屬于低級階段，后者屬于高級階段。自重成為選車的主要的因素。即使價格稍高，自重輕的卡車也會成為客戶的首選。因為自重輕的卡車不僅拉得多跑得快還省油，所以更受歡迎。

一、輕型卡車輕量化發展趨勢

我國輕卡在產品 技術方面發展的趨勢主要在以下幾個方面：第一，節能技術，用車經濟性是客戶和國家最直接可獲利和可感知的性能；第二，安全性，包括主動安全和被動安全，這是必過的門檻；第三，低公害，包括排放標準要求的不斷提高，減振降噪等，也是必須過的門檻；第四，功能性，包括容載量，動力性，可靠性、耐久性，駕駛、裝卸、維修方便性，乘坐舒適性，這些都是競爭的因素；第五，電子控制、車聯網信息技術的應用；第六輕卡制造技術發展的主要趨勢為新材料應用、新工藝、新流程、新裝備、新工具等。

此外，從近三年可以看出：輕卡的增量結構將會發生明顯變化，輕卡正向高技術方向發展，新材料、輕量化、數字化、網絡智能化、舒適化、功能多元化、乘用車化和人性化方向發展，主要體現為低噪聲、安全可靠、皮實耐用、維修便捷、節能低排放、多功能以及新能源的使用。從輕卡產品發展趨勢上看：

1、在動力系統設計上，已普遍采用增壓中冷裝置與高壓共軌，優化改善了燃燒性能，使發動機的性能與燃料經濟性得到很大的提高，這提高了發動機與整車的匹配性，使得車輛的動力輸出更為強勁、加速性好，又符合了國家的對柴油機型發動機的排放標準。動力公司如康明斯、索菲姆、菲亞特、曼恩、納威斯達等發動機，均采用電控渦輪增壓高壓共軌發動機、燃油與燃燒優化、智能電控、排放處理、濾清系統五大等核心領先技術。

此外，重型發動機延伸至中輕卡，如中國重汽集團杭發公司首臺MC05發動機直列四缸、水冷、四沖程、增壓中冷、高壓共軌發動機。動力系統采用電控渦輪增壓成趨勢，是自主動力最強、重量最輕、體積最小的發動機，可滿足國Ⅳ排放標準，同時具備升級到歐Ⅴ、歐Ⅵ排放潛力的發動機，成為市場競爭的利器。如奇瑞開瑞綠卡搭載全新設計輕質量缸體、缸蓋的美國康明斯ISF2.8發動機，沒有缸套，最終形成的總成干重僅為214kg，并配上全鋁合金殼體的德國ZF變速箱，不僅重量輕，而且強度非常高。

2、駕駛室造型設計上，輕卡窄體、中體、寬體及雙排、排半、單排駕駛室更趨勢于乘用車化前臉造型更趨向于立體動感凌厲，整體顯得更加大氣厚重。前大燈組更加飽滿犀利，吸納歐美鋼性線條元素，轉角處保持日系車圓潤飽滿基因。緩沖裝置采用乘用車型或分斷式吸能緩沖保險杠。此外，整車可翻轉液壓駕駛室懸置、隔音、隔熱減震材料等細節品質上，都提供了堪比轎車的品質呈現。

3、功能性設計上，集成電子油門、助力轉向、離合助力、電動空調、電動車窗等轎車化舒適配置，靠攏乘用車標準。如液壓減震座椅、定速巡航等多項轎車化配置。ABS制動防抱死系統，感載比例閥加排氣蝶閥制動為標準配置設計，其優化獨立儲氣單元，包括干燥器，四回路保護閥，螺旋冷卻管，多彩色管路等系統。

4、車身車架設計上，在車型設計上，寬（窄）體駕駛室、長（短）軸矩、長（短）車身、加強型底盤、大動力、高速重載與車聯網等，已經成為輕卡研發的大趨勢與未來市場的主流產品。采用高強度的鉚接大梁和抗腐蝕車架等等，這些新設計可以有效增強車輛的輕量化和高速行駛中的穩定性與安全性。此外，摒棄傳統的鋼板材質，采用全新設計的竹膠板與鋼制外板相螺接的新式鋼制/膠木結構貨箱，在實現輕量化的同時也確保了承載力。

二、中重型卡車輕量化發展趨勢

1、采用單層車架大梁相比鋼板彈簧，車架的重量更大，有效減輕車架重量，將會大大的減輕整車的整備質量。隨著設計水平、制造工藝的提高，材料性能的提高，單層車架在標準載荷的工況下是完全可以勝任的。

2、采用變截面少片簧結構板簧變截面少片簧是由幾片縱向方向上變截面的板簧組成的，不但可以減輕重量，還可以通過減少板簧間的摩擦而提高駕乘的舒適性、延長使用壽命。另外采用橡膠懸掛或者空氣懸掛也可以減輕懸掛系統的重量。

3、使用復合材料駕駛室是采用復合材料最多的總成，尤其是外覆蓋件：前面板、包角板、翼子板、保險杠，甚至頂蓋，都使用了大量的復合材料。這樣一方面有效的減輕了整車重量，另外一方面由于復合材料成形性好，造型結構上較金屬沖壓件可以更復雜、更加美觀、尺寸更加精確。目前國產重卡仍偏好全鋼結構的駕駛室結構，這主要和中國重卡的惡劣工作環境有關。從近年來各重卡廠商推出的新產品來看，復合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復合材料已成為一種必然發展趨勢。

4、使用鋁合金材料鋁合金比鋼材密度小，因此在一些復合材料無法替代的部位，使用鋁合金材料，包括鈑金件和鑄造件。鋁合金鈑金件最有代表性的就是油箱，油箱采用鋁合金材料，不但自重減輕，而且油箱內不易生銹，免除定期清洗的麻煩。車身也可以采用鋁合金代替冷軋鋼板。輪輞、發動機機體、變速器機體等，也可以大量采用鋁合金鑄造，可以在保證有足夠強度、剛度的同時，最大限度的減輕重量。

5、使用高強度鋼材使用高強度鋼板，可以減薄鋼板厚度，從而減輕重量。歐美重卡，重卡使用的鋼材幾乎100%是高強鋼。以前國產重卡采用高強度鋼板的比例較少，最近幾年逐漸廣泛使用，甚至自卸車的車廂都開始使用高強度鋼板，以提高廂體強度、減輕自重。

6、使用拼焊板駕駛室由鋼板沖壓焊接而成，由于各部位的結構和受力情況不同，因此不同部位的鈑金件也會采用不同牌號的鋼板，一輛重卡的駕駛室可能采用幾十種不同牌號、不同厚度的鋼板。然而隨著CAE技術的發展，經過模擬實驗和分析，可以計算出同一個鈑金件的不同部位的受力情況，為了減輕一些零件局部的不必要厚度，激光拼焊技術應運而生。激光拼焊技術是將經不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的兩塊或多塊鋼板通過激光焊接方法，自由組合成為一塊鋼板。

7、采用鑄造件。傳統的沖焊結構零件，由于材料和制造工藝的限制，各部位只能是等厚度的，為了確保零件的整體強度和剛度，沖焊件往往都比較厚重。結構件可以通過有限元軟件進行CAE分析，對結構進行優化，根據各部位的受力情況設計成復雜的變厚度、變截面的結構，在保證有足夠強度的前提下最大限度的削減不必要的局部厚度，從而大大減輕零件重量。

8、采用真空輪胎和超寬輪胎。采用真空胎和超寬輪胎也能在一定程度上降低自重。與傳統輪胎相比，真空胎不但減少了內胎，輪輞的結構也相應減少了，整車全部換成真空胎，行駛阻力小，能夠在一定程度上降低油耗。重卡的驅動輪一般都用雙輪胎，如果改為超寬單輪胎，不但能夠減少輪胎數量，還能減少輪輞的數量。另外超寬單輪胎的接地面積不比雙輪胎小，除了能夠降低自重外，還可以提高行駛穩定性、避免雙輪胎的“吃胎”現象。此外，真空胎在輪胎穿孔的情況下，胎壓不會急劇下降，完全能繼續行駛，大大提高了高速行駛的安全性，而新式鋼制/膠木結構貨箱具有耐磨、耐腐蝕、減震和抗震功能，對于外來碰撞所造成的變形能自動修復，運送精密儀器和易碎貨物更安全。

9、整合零件功能、減少零件數量整合所有零件功能、將多個零部件集成，實現零部件的多功能，減少零件數量，使其結構更加緊湊，也可以在一定程度上減輕整車重量。例如：將油箱和工作臺踏板結合，將油箱與SCR的尿素罐結合等。

五、實現汽車輕量化的途徑

今天汽車賴以“生存”的汽油燃料提取自石油，它的儲量正在日益減少，但人們也未必會因此在燃油上花費高價，因為到2025年，汽車的平均燃效將達到50英里/加侖。

不過，汽車本身的油耗并不會自動下降，這都是靠著工程師開發的新技術而實現。那么，提升汽車燃效或者說降低油耗的方式有哪些？目前看來，輕量化是最有效的手段之一，據悉，汽車每減輕10%的重量將降低油耗6-7%。

汽車行業在輕量化技術上的進展也是有目共睹，從30年前一輛普通轎車的4500磅（2041千克）的平均重量降低至現在的3000磅（1361千克）左右。“輕量化”只是一個寬泛的概念，它設計到結構、材料、布局等等方面，本文將總結5項能夠讓汽車變得更輕的技術。

1、輪轂電機

汽車中最占重量的是什么部件？毋庸置疑，顯然是發動機。發動機缸體、活塞、曲軸等各種組件均由剛強度材料制成。它們需要經受住發動機運行時的高壓與高溫。而其缺陷在于這些組件的重量非常大，一輛普通乘用車的發動機至少重幾百磅。

當汽車行駛時，發動機的轉動能量由變速箱傳遞兩個或四個車輪上，實現這個過程則還需要傳動軸以及更多的零部件，同樣會增加汽車的重量。

而若采用輪轂電機的布局，則可以省去動力總成中的大部分組件，例如發動機與變速箱。輪轂電機直接安裝在車輪內部。米其林和汽車公司Venturi在2010年合作推出了一款VenturiVolage概念車，其中就采用了輪轂電機方案，米其林將其稱為主動輪系統（Active Wheel System）。該系統的強大之處在于，車輪內不僅有電機，甚至連電子制動系統、主動懸架系統也都包含在內。

2、塑料材質

塑料在我們日常生活中隨處可見。現在，研究者正在通過各種方法令塑料的應用變得更廣泛，同時使其強度變得更高以在更極端的環境下適用。美國Polimotor研制的塑料發動機材質比傳統全金屬發動機重量要輕30%。

除了發動機以外，我們還能在汽車內飾中見到它，例如車內飾板、中控臺面板甚至是車外的前后保險杠、側裙、側視鏡外罩等。

全世界每年約有250萬噸的塑料水瓶被遺棄，現代QarmaQ概念車的車身則是從這些廢棄塑料瓶中進行提取而得。將來某一天，當你看到一輛由塑料制成的汽車時請不要驚訝。

3、碳纖維

碳纖維對于汽車行業來說并不陌生，它一開始應用于航天飛機中，接著在賽車中應用，令他們再賽道上擁有更靈活的身姿。而現在，我們在一些高端汽車中也已經能見到它們的身影，例如寶馬i3。

這類材料的強度與鋼材相同，但重量僅為其一半，為鋁材的70%。其結構與玻璃纖維類似，但強度卻遠遠高于后者。

那么為何我們目前僅能在極少數的車中看到這類材料呢？原因是成本過高，具體表現為生產周期長、生產工藝復雜。

雷克薩斯、寶馬、三菱等眾多車企如今都在進行廣泛的研究，試圖找出降低碳纖維生產成本的方法，使其能夠真正令汽車受益。寶馬集團多年前就在其車輛上應用了復合材料和碳纖維織物。M系列車型的屋頂采用了赫氏公司的HexForce? NC2?碳纖維增強材料，擁有無卷曲產品專利制造技術，該技術使用單向帶滿足產品所需的強度和剛度。雷克薩斯的工程師將來自豐田汽車公司的傳統編織方式轉變為精密的三維碳纖維編織法，既有利于更精確的質量控制，又為此項工程技術在未來產品中的應用打下了堅實基礎。

4、小型化汽車電池

對于混合動力甚至純電動車來說，有什么辦法能夠對其進行減重呢？許多車企的做法是從提供驅動能量的電池著手。最早的時候，人們利用鉛酸電池為電動車供電，原因在于它的電極材料容易獲得，制造簡便。隨著技術進步，鎳氫電池誕生，它相比鉛酸電池來的更輕，并且容量也更大，在混動車中有廣泛應用。

而隨著燃效與環保法規收緊，車企希望通過電動車來達到最新的標準，那么，即便鎳氫電池的大容量也已無法達標。鎳氫電池的能量密度與相對應重量的石化燃料能量密度無法比擬。

此時鋰電池的身影逐漸映入工程師的眼簾，其由于高能量密度的特性被視為更有潛力的電池種類。不過其缺點在于，長時間暴露在高溫下容易起火甚至爆炸。雖然發生此類情景的概率不高，但在汽車這類產品中，一次起火事故足以阻礙其發展。

美國麻省理工學院的研究者正在試圖通過替換電極材料來提升鋰電池的穩定性。從目前看來，鋰電池仍會在很長一段時間內作為電動車的首選動力源。

5、線控系統

提到電氣化車輛（electric vehicle），人們自然而然就會想到依靠電機驅動車輪。而電氣化車輛的另一層含義在于傳統車內機械系統被電子線束系統所替代，電子線束系統比傳統機械部件要輕的多。汽車行業提出的“x-by-wire”指的就是線控傳動、線控制動、線控轉向等系統的總稱。除了能夠減輕重量之外，線控系統的最大優勢在于可以提升操控精確度。

線控技術最先用于戰斗機，一度成為了F16戰斗機的標配。隨后逐漸沿用至商用飛機，最后也出現在了汽車上。

線控系統占據車內的空間更小，意味著設計是有更多的設計自由度，車艙內的空間也能更寬裕。

然而，并不是每個人都喜歡電氣化程度更高的系統，他們擔心汽車會像今天的電腦一樣發生軟件錯誤。實際上，這樣的擔心是多余的，因為即便是機械系統，它同樣有其特定的問題，例如磨損、腐蝕、斷裂等等。隨著時間的推移與應用率的提高，人們最終會接受這項目前來說還有些“不靠譜”的技術。

六、現在是發展汽車輕量化最好時代 需要車企共同努力 從汽車設計本身而言，無論是設計、材料、工藝還是制造環節，都在強調輕量化，現在是發展輕量化最好的時代。汽車輕量化是汽車全產業鏈共同的事情，需要汽車企業努力，還需要行業聯盟和政府的支持。

不久前，我國的千噸級T700碳纖維試生產線開始運轉，長期以來高度依賴進口的高性能碳纖維在我國實現了自主化制備，其產品不僅有望替代進口，而且生產成本具有國際競爭力，大規模國內商業運用在即。如此，包括碳纖維在內的高性能纖維對汽車等運輸工具的減排降耗的貢獻或許將得以實現。

近年來，各大車企爭相布局新能源汽車，行業競爭日益激烈。而對汽車實現輕量化，將有助于部分企業取得先發優勢。要實現輕量化，高強度鋼、鋁合金、鎂合金、工程塑料、復合材料等都是目前比較好的選擇，而作為節能和新能源汽車的核心技術，每項材料又各有優勢與技術難點。

輕量化最好的發展時代

從汽車設計本身而言，無論是設計、材料、工藝還是制造環節，都在強調輕量化，現在是發展輕量化最好的時代。輕量化在這個時代提出來，有很多根本性的原因。經過100多年的發展，汽車行業面臨的問題和挑戰非常多，包括動力性能、經濟性、油耗、環保等問題，而輕量化好像“萬金油”，其優點能夠覆蓋到汽車凸顯的這些問題。

在現有蓄電池性能無法取得根本性突破的前提下，僅有的改善車輛續航里程的手段，只能是減重。

最近一項實驗證明，如果一臺總重量為1550千克的新能源汽車續航里程為186公里，若將其非蓄能部件盡可能輕量化，能將總重量減少到1011千克，其續航里程可直接提高到275.5公里，已經較為令人滿意。

2011～2015年歐洲車身會議的數據顯示，車輛的輕量化系數由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。5年時間輕量化系數降低了30%，說明汽車輕量化已經得到很大的提升和改善，而且輕量化已經成為汽車主機廠迫切的需求。

汽車追求輕量化不僅僅是為了減重，更為了考慮產品的功能和成本，輕量化跟成本、性能開發是一樣的，離不開這些屬性的關聯，輕量化要綜合考慮。

這體現在除了新材料本身的生產，使用過程也要考慮新的結構、優化汽車制造工藝。新材料的使用目的除了減重，還要保障汽車其他性能的優化。

如果把高強鋼等級提升了，材料變得很薄，使用時模態就變差了，只有通過改變結構截面才能滿足要求。

不只是減重

輕量化單靠這樣簡單的評價肯定是不夠的。將油耗、動力性能加入綜合競爭力評價后，你就發現絕對重量輕不意味著這輛車更有競爭力。這也是目前如果把輕量化作為一個系統工程來開發所面臨的問題，因為輕量化沒辦法獨立出來考慮，這是目前最大的挑戰。

作為由眾多零部件組成的器械，汽車的NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）都有專門的團隊來研究。要把輕量化做得更好、更完善，就要將其作為汽車的性能開發結構來對待。這樣輕量化的標準就成為不是我要減重多少，而是在車型開發、應用的時候要考慮這個車的重量能做到什么狀態，同時滿足汽車的其他性能要求。

要確定輕量化達到的目標很難。整車重量目標制定很關鍵，一般分為以下幾種：體積密度法、尺寸推算法、統計分析法、競爭力分析法、挑戰法和油耗反推法。

目標確立之后，就是將輕量化開發作為一項屬性開發，強調的是正向開發的思路。輕量化正向開發主要包括兩條線，第一條線是重量管理，另外就是技術開發。只有兩條線結合在一起做，車型開發的輕量化才能做得更加理想。如果將兩條線的職能分開的話，你會發現這個工作推進起來非常困難。

輕量化涉及面太廣了。從嚴格意義上來說輕量化跟整車所有零部件，甚至一顆螺絲釘都有關聯性，所以輕量化不僅涉及技術的問題，還有各個部門之間理念認同等非技術的問題。

要把輕量化這個工作在車型開發中做好，就必須有全流程管理的理念，而不是簡單地制定一個目標、提幾個方案就解決問題了。

全產業鏈共同的事

隨著科技的發展，輕量化材料和技術層出不窮。

有業內人士指出，現在有鎂合金、碳纖維，未來還會有新的輕量化材料，但不論出現什么材料，這些輕量化材料都不會是孤軍奮戰，必然是以組合的形式出現，因為汽車未來的發展趨勢是多種材料混合使用。

實際上輕量化開發最離不開的核心，就是先進輕量化技術的開發。但是先進輕量化技術開發面臨的問題——成本風險、周期風險、質量風險——就像任何新的技術應用所面臨的巨大風險一樣。

一個新的技術開發后直接在車型上應用是我們所希望的。但是實際上，往往有很多技術開發完全依賴于車型來做的話，就很難做得下去。這需要汽車生產商要有獨立的平臺做輕量化的技術開發和應用。

從技術上來說，輕量化材料面臨如何彌補技術、生產缺陷的難題。比如能夠完全實現減重和性能雙重目標的鎂合金，卻在價格、便利生產、耐腐蝕等方面都比不過高強度鋼。

從環保角度講，如何實現更有效地回收利用，更好地滿足環保要求也很重要。盡管國內許多企業已經研發出性能優異的新材料汽車，但是要想向市場推廣，進入商業化，還需要進一步建立維修、回收和循環使用技術體系。

汽車輕量化是汽車全產業鏈共同的事情，需要汽車企業努力，還需要行業聯盟和政府的支持。對企業來說，雖然一些新技術在前期研究時投資巨大，但這種投資是必要的，因為有了先進的技術儲備，一旦時機來臨，就可掌握先機。