第十章功與機械能實踐

探究游樂設施中的功與能游樂園里的滑梯、過山車等游樂設施，其運行過程蘊含著豐富的物理知識，如功與機械能的轉化。通過親身體驗和深入探究，能讓學生將課堂上的物理知識與實際生活緊密聯系，提升對知識的理解和應用能力。1.知識與技能：學生能準確理解動能、重力勢能、彈性勢能等概念，熟練運用功與能的公式分析游樂項目中的能量轉化過程，掌握從工程實踐角度評估游樂設施安全性的方法。2.過程與方法：通過親身體驗游樂項目，培養學生的觀察能力和實際操作能力；在分析和評估過程中，鍛煉學生的邏輯思維和問題解決能力；在撰寫推介方案時，提升學生的文字表達和綜合運用知識的能力。3.情感態度與價值觀：激發學生對物理學科的興趣，培養學生的科學探索精神和團隊合作意識。任務一

體驗游樂項目過山車乘坐過山車，感受其在爬坡、俯沖、轉彎等不同位置的速度變化。記錄過山車在最高點和最低點的速度，分析在這些過程中動能和重力勢能的相互轉化。年輕人酷愛挑戰驚險刺激的過山車活動如圖甲，圖乙所示為模擬過山車的某一段，過山車從O處由靜止滑下，沿軌道先后經過a、b、c、d、e,其中a與d等高、c與e等高。（已知過山車與軌道之間的機械摩擦不能忽略）（1）過山車從a到b的過程中，機械能

不守恒

（選填“守恒”或“不守恒”）。（2）過山車經過a點時的動能

＞

經過d點時的動能。（選填“＞”“=”或“＜”）練一練滑梯從滑梯頂端滑下，感受下滑過程中的速度變化。用卷尺測量滑梯的高度和長度，用秒表記錄下滑時間，分析重力勢能如何轉化為動能以及摩擦力對能量轉化的影響。由于摩擦力的存在，部分機械能轉化為內能，實際獲得的動能會小于理論值。如圖所示是小孩滑滑梯時的情景。小孩從滑梯上滑下的過程，臀部有灼熱感，小孩的重力勢能將

變小

（選填“變小”或“不變”或“變大”）。若小孩開始下滑時具有900J的機械能，剛要滑到地面時他的動能為60J，此刻他的速度

不等于0（選填“等于0”或“不等于0”），小孩具有的機械能

變小

（選填“變小”或“不變”或“變大”）。蹦極觀察蹦極運動員的運動過程，分析彈性勢能、重力勢能和動能之間的轉化。當運動員下落時，重力勢能逐漸轉化為動能；繩子開始拉伸后，動能和重力勢能又逐漸轉化為彈性勢能；在反彈過程中，彈性勢能再轉化為動能和重力勢能。“蹦極”是一種富有刺激性的勇敢者的運動項目。如圖甲所示，一端系住人的腰部，另一端系于跳臺的是一根彈性橡皮繩。當人下落至圖乙中A點時，橡皮繩剛好被拉直，那么，從O點到A點，運動員的動能

變大

，在人越過A點繼續向C點運動的過程中，人的動能將會

先變大后變小

，橡皮繩的彈性勢能將

變大

。（三空均選填“變大”“變小”“先變大后變小”“先變小后變大”或“不變”）任務二：認識安全規則坐過山車的安全帶和安全壓杠在過山車高速運行、急劇轉彎和大幅度上下起伏時，通過限制乘客的運動來保障安全。結合動能公式Ek=，分析當速度v較大時，乘客由于慣性具有較大的保持原有運動狀態的趨勢，安全帶和安全壓杠能提供足夠的力改變乘客的運動狀態，防止其被甩出。對于游樂設施的限重規定，從重力(G=mg)的角度出發，討論超重對設施結構的影響。以摩天輪為例，若乘坐的乘客總重量超過其設計承載重量，摩天輪的支撐結構、傳動裝置等部件所承受的力會增大，可能導致結構變形、零件損壞，增加安全事故的發生概率。檢查過山車軌道，查看軌道的焊接處是否有裂縫、脫焊等情況，軌道的材質是否堅固耐用，表面是否光滑平整，這些因素都會影響過山車運行的穩定性和安全性。對于滑梯，著重檢查滑道是否有破損、凸起或凹陷的地方，滑道的坡度是否符合安全標準，以及滑梯底部的緩沖區域是否足夠。觀察蹦極繩索，查看繩索的材質是否有磨損、老化的跡象，了解其彈性系數是否在合理范圍內。同時，檢查蹦極設備的固定裝置是否牢固，確保在運動員跳躍過程中不會出現松動。任務三：完善推介方案游樂設施介紹：用生動形象的語言詳細描述游樂設施的外觀，如過山車蜿蜒曲折的軌道、色彩鮮艷的車廂；滑梯的形狀，是直線型、螺旋型還是波浪型等。介紹游樂設施的運行方式，如摩天輪是緩慢勻速旋轉，大擺錘是大幅度的左右擺動等。功與能的關系：結合體驗過程，深入分析游樂設施中能量轉化的具體過程。小組評價學生從內容完整性、科學性、創新性等方面進行評價，提出優點和改進建議。小組展示通過PPT、手繪原理圖等多種形式，生動地介紹游樂項目，展示小組的分析和研究成果。總結強調功與機械能知識在游樂設施中的重要應用民間傳統游樂項目蕩秋千在蕩秋千過程中，當秋千從最低點向