初中直观 · 高中定量拓展 · 机构 · 带传动
换一只大轮,转速与力矩怎样交换?
开式理想无滑动皮带,主动轮半径0.1 m,忽略张力与包角限制。增大右侧皮带轮,比较转速和扭矩。
问题的来处18—19世纪 · 工厂里的传动轴与皮带
皮带传动:问题从哪里来?
蒸汽机时代,一台动力机常通过天花板下的长轴和皮带带动整排机床。工人更换带轮直径,就能让不同机器获得合适转速,而不用每台机器各装一台发动机。
读一段背景,带着问题动手
从观察到解释
把证据带回纸上
展开关系与推导
ω₁r₁=ω₂r₂;P=τω守恒,τ₂/τ₁=r₂/r₁。
固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。
先预测,再用证据解释
把这次发现,留给下次的自己
右轮半径变成两倍,输出功率也会变成两倍吗?
换个条件,再试一次
只把半径比从1改成2,记录两次转速和扭矩;再改变输入转速,哪些关系仍然成立?
看哪里?
二维拖右轮边缘并看标记运动;三维检查闭合皮带、轮、轴,读数共享。
仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。
尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。
先修与两种探索深度
认识转速与圆周;定量层需要功率和比例。
先看现象:改右轮大小,观察轮辐与皮带标记。
再做定量:用同一带速核对转速比,再比较理想功率。
模型、来源与核验边界
v=ω₁r₁=ω₂r₂;理想P=τω。转速rpm、扭矩N·m。
解析核验提示:半径比2时输出转速为输入1/2、扭矩为2倍,输入输出功率相等。
适用范围:开式、无滑动理想带;忽略张力上限、包角、摩擦损耗。
OpenStax University Physics Vol1 §10.8,转动功率P=τω。 ↗
本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。