游乐场中的物理知识
研究性学习——游乐场中的物理知识
• 斜坡#2
• 为什么斜坡#2的高度决定过山车 能否穿过回环? 什么样斜坡的高 度设计使过山车能通过回环,而 又不坠毁？ 摩擦力的设计是不
是影响过山车能否顺利通过斜坡 #2 和饶过回环的因素？
• 惯性
• 一个静止的物体，如过山车，没有 外力的推拉, 它是不会运动的。 物体 质量越大, 惯性越大。 如果没有外力 使过山车加速或减速, 行进中的过山 车会按原来的方向继续运动。 运行
当马达驱动过山车攀登到达第一个坡 度, 过山车储存越来越多的势能。 当 重力牵引过山车沿斜坡下滑, 势能又转 化为动能。 斜坡上离顶部越远，势能
转化为动能就越多, 乘客能感觉到速度 的加快。 在斜坡的最底部, 速度最快。
• 当车体攀登第二个山坡，动 能又逐渐转化为势能, 过山车 的速度逐渐减慢。 高度越高, 意味着动能转化为势能越多。
5.碰碰车因为是碰撞，就是动量守恒定理。
山车运行中物理学原 理
加速度
速率 (有方向的速度) 的改变称为加 速度。 一个物体加速，减速，或改 变方向, 称之为加速度。 大部分大型 游乐设备包括加速度。 当下坡，或 急速转弯, 设备可能提高速率或加速 度。 当上坡，或沿直线运动, 设备可 能减小速率或减速度。 当过山车下 坡，地心引力使车体运动的速度越 来越快, 这是加速度。 当过山车上坡， 车体运动的速度越来越慢, 这是减速 度。 过山车的加速度与车体的质量 和推拉的动力有直接的关系。
• 牛顿定律 牛顿是十七的世纪 最有影响的科学家之一。牛 顿三定律 解释运动物体的各 方面, 对于建造过山车也是 很有帮助的
• 1. 牛顿第一定律（惯性定律）
• 一切物体总保持匀速直线运动状 态或静止状态，直到有外力迫使它 改变这种状态为止。 物体没有受 外力作用时保持静止或匀速运动 物体在受到平衡力作用时保持静止 或匀速运动 物体在受任意力作用 时作变速运动。
游乐场设施的科学原理
游乐场设施的科学原理
1. 摩擦力：游乐场设施中常用到摩擦力，如摩天轮、旋转木马等，其转动速度与过山车等滑行类设施的速度都与摩擦力有关。
摩擦力越大，设施转动或滑行的速度就越慢。
2. 重力：重力是让下落式游乐设施如自由落体、过山车等实现高速行驶的主要原理。
设施在高处获得了重力势能，并通过下落的方式迅速释放，转化成动能实现高速运动。
3. 力学原理：过山车、蹦极等游乐设施有时需要考虑材料的承载能力和机械力学原理，保证设施的运行安全。
4. 流体力学原理：水上乐园的滑道、动感漂流等设施应用了流体力学中的液体运动原理。
例如，水提供了阻力，让人在水道中减速，而水道中的水流则提供了推力，让人在水上滑行。
5. 热学原理：一些游乐设施中还运用了热学原理。
例如，冰雪世界中的滑雪场在保持冰面坚硬的状态时需要加入冷却剂，而温水游泳池需要加热器维持水温。
总的来说，游乐场设施需要涉及多个学科的知识，设计师需要结合设施的性质、使用场景和安全标准综合考虑运用各种原理，确保游乐设施的安全、丰富和具有
趣味性。
研究性学习《游乐场中的物理学》课件
万有引力定律
中国的过山车
南京浦口珍珠泉公 园的过山车 这座彩色四环过 山车，轨道全长 688米，最高处33 米，最大时速达 到75公里。
万有引力定律
过山车的物理原理
一、加速度 速率 (有方向的速度) 的改变称 为加速度。一个物体加速，减速，或 改变方向, 称之为加速度。 大部分大 型游乐设备包括加速度。 当下坡， 或急速转弯, 设备可能提高速率或加 速度。
万有引力定律
过山车的物理原理
五、失重
1、足够快的速度离开地球到足够 高的距离使所受重力近于零 2、 下落的速度和和重力加速度是 一样的。 即在地球上的加速度是以 9.8 米/ 秒竖直向下行进。
万有引力定律
过山车的物理原理
要使人有重量,人必 须感觉到来自地面 的重力反作用力。 垂直下落的过山车 在行进中，提供了 9.8 米/秒的下落速 度,使人产生失重的 感觉。
万有引力定律
过山车的物理原理
乘客在过山车上的感觉是被抛离 轨道, 但是地心引力又使车体的的 确确运行在轨道上作圆周运动,所 以指向圆周或曲线内部的动力是 必须的。 对于指向圆周或曲线内 部的动力, 称之为向心力。
万有引力定律
过山车的物理原理
三、能量守恒定律
能量可以从一种形式转化为另一 种形式,但是不回自动生成和消失。 当马达驱动过山车攀登到达第一个坡 度, 过山车储存越来越多的势能。当 重力牵引过山车沿斜坡下滑, 势能又 转化为动能。 在斜坡的最底部, 速度 最快。
万有引力定律
闽清一中
高一 指导老师
万有引力定律
游乐场中的物理学
一、过山车、摩天轮 二、中国的过山车
三、过山车中的物理原理
万有引力定律
过山车
新教材高中物理第4章机械能及其守恒定律第7节生产和生活中的机械能守恒学案粤教版必修第二册
第七节生产和生活中的机械能守恒学习目标：1.[科学态度与责任]了解落锤打桩机的工作原理,会用机械能守恒进行分析。
2.[科学思维]知道跳台滑雪运动项目和过山车模型,建立物理模型,制定运动策略。
3.[科学思维]理解功能关系,会用功能关系灵活分析问题。
一、落锤打桩机落锤打桩机主要由桩锤、卷扬机和导向架(组成)打桩时,桩锤由卷扬机用吊钩提升到设计高度,然后使桩锤沿导向架自由下落打击管桩,桩锤自由下落过程符合机械能守恒定律。
二、跳台滑雪跳台滑雪是滑雪运动项目的一种,为确保运动员的安全,同时使空中飞行的距离尽量远,需要综合考虑运动员速度、坡面倾斜度和跳台高度等要素。
三、过山车过山车是游乐场中常见的机动游乐设施,过山车的速度必须满足一定的条件,即通过最高点的速度v≥gR才能保证过山车沿轨道正常运行。
四、能量的转化与守恒定律1．内容能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移过程中其总量不变。
2．意义揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性,而且具有统一性,能量既不能无中生有,也不能消灭,只能在一定条件下相互转化。
1．思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)做功的过程就是能量转化的过程。
(√)(2)做功越多,能量的转化也越多。
(√)(3)物体做了多少功,就有多少能量消失。
(×)(4)过山车能过最高点的条件是在最高点v≥0。
(×)2.如图所示,一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下,其能量的变化情况是( )A．重力势能减小,动能不变,机械能减小,总能量减小B．重力势能减小,动能增加,机械能减小,总能量不变C．重力势能减小,动能增加,机械能增加,总能量增加D．重力势能减小,动能增加,机械能守恒,总能量不变B[由能量守恒定律可知,小孩在下滑过程中总能量守恒,故A、C均错；由于摩擦力要做负功,机械能不守恒,故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化,故只有B正确。
2020-2021高中物理新人教版必修第二册 6.4生活中的圆周运动 课时作业6(含解析)
可知半径大的线速度大，周期大，则A的线速度大于B的线速度，A的周期大于B的周期，故A错误，B正确；
故选B。
11．B
【详解】
AD．小球原来在水平面内做匀速圆周运动，绳b被烧断的同时木架停止转动，此时小球速度垂直平面ABC。若角速度ω较小，小球在图示位置的速度较小，小球在垂直于平面ABC的竖直平面内摆动，若角速度ω较大，小球在图示位置的速度较大，小球可能在垂直于平面ABC的竖直平面内做圆周运动。故A、D错误；
A．小球在最高点时的速度为
B．小球在最高点时对杆的作用力为零
C．若增大小球的初速度，则过最高点时球对杆的作用力一定增大
D．若增大小球的初速度，则在最低点时球对杆的作用力一定增大
8．如图所示，用手握着细绳的一端在水平桌面上做半径为r的匀速圆周运动，圆心为O，角速度为ω。细绳长为L，质量忽略不计，运动过程中细绳始终与小圆相切，在细绳的另外一端系着一个质量为m的小球，小球恰好沿以O为圆心的大圆在桌面上运动，小球和桌面之间存在摩擦力，以下说法正确的是( )
(1)若要小球离开锥面，则小球的角速度ω0至少为多大？
(2)若细线与竖直方向的夹角为60°，则小球的角速度ω′为多大？
19．质量为m=lkg的小物块轻轻放在水平匀速运动的传送带上的P点，随传送带运动到A点后水平抛出，小物块恰好无碰撞的沿圆弧切线从B点进入竖直光滑的圆弧轨道下滑。B、C为圆弧的两端点，其连线水平。已知圆弧对应圆心角θ=106°，A点距水平面的高度，h=0.8m，小物块经过轨道最低点O时的速度v0= m/s，对轨道0点的压力F=43N，小物块离开C点后恰能无碰撞的沿固定斜面向上运动，0.8s后经过D点，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，试求：
物理沪科版2学案：2.3 圆周运动的案例分析含解析
2。
3 圆周运动的案例分析直平面内的圆周运动。
一、分析游乐场中的圆周运动 1．受力分析（1)过山车在轨道顶部时要受到重力和轨道对车的弹力作用,这两个力的合力提供过山车做圆周运动的向心力。
（2）当过山车恰好经过轨道顶部时，弹力为零,此时重力提供向心力。
2．临界速度（1）过山车恰好通过轨道顶部时的速度称为临界速度,记作v 临界，v临界＝错误!。
（2）当过山车通过轨道最高点的速度v ≥错误!时，过山车就不会脱离轨道;当v ＞错误!时,过山车对轨道还会产生压力作用。
（3）当过山车通过轨道最高点的速度v ＜错误!时，过山车就会脱离轨道，不能完成圆周运动. 预习交流1“水流星"是我国传统的杂技节目，演员们把盛有水的容器用绳子拉住在空中如流星般快速舞动，同时表演高难度的动作，容器中的水居然一滴也不掉下来。
“水流星"的运动快慢与绳上的拉力的大小有什么关系？如果绳上的拉力渐渐减小，将会发生什么现象？答案：“水流星”转得越快，绳上的拉力就越大。
若绳上的拉力减小，有可能使水流出来。
二、研究运动物体转弯时的向心力1．自行车转弯时要向转弯处的内侧倾斜,由地面对车的作用力与重力的合力作为转弯所需要的向心力。
2．汽车在水平路面上转弯时由地面的摩擦力提供向心力。
3．火车转弯时的向心力由重力和铁轨对火车的支持力的合力提供,其向心力方向沿水平方向。
预习交流2飞行中的鸟和飞机要改变方向转弯时，鸟的身体或飞机的机身要倾斜，如图所示,这是为什么？答案:鸟或飞机转弯时需要向心力，只有当鸟身或飞机的机身倾斜时,它们所受空气对它们的作用力和重力的合力才能提供它们转弯需要的向心力。
一、竖直面内的圆周运动实例分析1．汽车过拱形桥桥顶时，可认为是圆周运动模型，那么汽车过拱形桥顶时动力学特点有哪些？答案：汽车在桥顶受到重力和支持力作用，如图所示，向心力由两者的合力提供.（1)动力学方程: 由牛顿第二定律2=N v G F m R－解得22=N v v F G m mg m R R=－－。
过山车中物理知识
第一课过山车中的物理知识过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。
那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。
如果你对物理学感兴趣，那幺在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。
实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。
如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。
这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。
在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。
事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的"发动机"将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。
第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。
对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到"山丘"的顶峰时最大。
当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。
不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。
这就是为什幺要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。
过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。
事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。
因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。
这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。
物理学原理在游乐场中的应用
物理学原理在用游乐场中的应2011-11-14物理是一门历史悠久的自然学科。
随着科技的发展，社会的进步，物理已经渗入到人类生活的各个领域：小到我们身边的衣食住行，大到航天航空技术的发展，这些都无一例外的与物理学密切相关。
生活中处处蕴含着物理知识，那么我们就以游乐场为例，游乐场的设施大多与力学、运动学以及电磁学密切相关，下面就以几个我们常见的游玩项目来做简单的介绍：过山车过山车又称云霄飞车，常见于游乐园和主题乐园中。
拉马库斯·阿德纳·汤普森是第一个注册过山车相关专利技术的人（1865年1月20日），并因制造过数十个过山车设施，而被誉称为“重力之父”。
一个基本的过山车运动过程中，包含了爬升、滑落、倒转，其轨道的设计不一定是一个完整的回圈。
大部分过山车每个车厢的规格为可容纳2人、4 人或6人，这些车厢利用钩子相互连结起来，就像火车一样。
乘坐过山车虽然非常刺激，但是过山车基本上是一个非常安全的设施。
根据美国消费者产品安全委员会和六旗乐园的调查显示，2001 年中游客搭乘过山车的死亡率约为15亿分之一。
乘坐过山车那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。
如果你对物理学感兴趣的话，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。
实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。
如果能亲身体验一下能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。
这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了。
在刚刚开始时，过山车的小列车依靠一个机械装置的推力到达轨道的最高点，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。
事实上，从这时起，带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”是引力势能，过山车的运动过程就是由势能转化为动能、又由动能转化为势能的一种能量不断转化的过程。
引力势能是物体因其所处位置而拥有的能量，是由其高度和由引力产生的加速度形成的。