研究性学习——游乐场中的物理知识
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过山车的阻力改变它的速率是惯性 的另一例子。
• 对于回环设计和，必须决定回环的大小尺度。 惊险的过山车通常会有回环或螺旋设计。 你惊 险的经历不仅仅是飞快的速度，巨大的落差, 也包括令人难忘的上上下下的翻滚。
• 如果你细看过山车回还的曲线，你所见到的不 是圆, 而是泪状物。这个形状称作椭圆形回环. 这个称谓早在 18 世纪瑞士天才数学家雷纳 就 曾提出。只是最近过山车设计工程师意识到这 是一个完美的翻转形状。
• ①力的作用是相互的同时出现，同时消失。。 ②相互 作用力一定是相同性质的力
• ③作用力和反作用力作用在两个物体上，产生的作用 不能相互抵消。
• ④作用力也可以叫做反作用力，只是选择的参照物不 同
• 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
这个动能势能的转化守恒定 率,保持过山车沿轨道上下运 动。 而动能的总量是保持不
便,只是重一种形式转化为另 一种形式。 请注意第一个山
坡是过山车的最高点,为什么?
• 然而，一部分的能量转化摩擦 力，风阻,车轮的转动和其他一 些消耗能量的因素。过山车设
计者充分考虑摩擦力在过山车 运行中所扮演的角色。 因此设
• 2、 物体的加速度跟作用力成正比，跟物 体的质量成反比。这就是牛顿第二定律。
加速度和力都是矢量，它们都是有方向 的。牛顿第二定律不但确定了加速度和 力的大小关系，还确定了它们的方向之 间的关系，加速度பைடு நூலகம்方向跟引起这个加 速度的力方向相同。
• 3.第三定律
• 两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向 相反，并且作用在同一直线上 F1 ＝－ F2
计师降低山坡设计的高度, 以保 证过山车能够完全驶过山坡。
• 作用力
• 作用力的表现形式是推或拉。 平衡的作用力表 现为物体在受到几个力作用时,物体保持静止状 态或匀速直线运动状态。 非平衡力表现为物体 在受到几个力作用时,物体保持非静止状态或变 速直线运动状态 牛顿第一和第二定律定律特别
符合过山车的工作原理，它们联系到重力和加 速度。过山车从山坡的顶端是一系列复杂的倾 斜的下降运动；但又是一个简单的力学原理。
摩擦力在车体运动中所起的作用。 设计者可
以用摩擦力以降低过山车行进中的速度和到 站后的安全停止。
• 重力
• 由于地球的吸引里而使物体受到的 力叫作重力. 对过山车最为重要和具 有影响的是地球引力。 地球引力使
物体从一个点往另外一点运动。由 于重力引起的加速或减速依据轨道 倾斜的角度;坡度越陡, 加速或减速就 越明显。
• 摩擦力
• 两个互相接触的物体, 当它们发生相对运动 时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的 力, 这种力就叫摩擦力. 摩擦力产生的条件是 两物体相互接触, 且接触面粗糙, 有相互挤压; 两物体之间要发生或已经发生相对运动. 摩擦 力阻碍物体相对运动或相对运动的趋势, 因此 摩擦里的方向与物体相对运动或相对运动的 趋势相反。 所以在物体的运动中,一部分动能 转化为摩擦力。 过山车的设计者一定要知道
• 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。
游乐场中牵涉到的物理知识：
1.跳楼机用到了失重原理，失重又与加速 度和惯性有关。
2.许多设施都是靠电来驱动的，就与电有 关联。
3.像是海盗船之类的，有用到了离心的知 识，离心的原理又牵扯到圆周运动和向心 力。
4.还有很多高速运作的过山车啊，滑板， 汽车等等，可联想到动能守恒，速度越大， 动能越大，就能摆到更高的高度。
向心力
当过山车沿着回环运动, 向心力发生 作用。向心力是物体沿着圆周运动 而产生的. 例如当你沿着下滑曲线向 地面运行, 地心引力使过山车沿直线 作下滑运动,但是轨道是曲线的,向心 力里又使过山车沿曲线运动. 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。
• 斜坡 #1
• 在设计斜坡#1 时, 请考虑以下的问题: 斜坡有没 有足够的高度,以提供过山车有足够的动力使过 山车通过斜坡#2 和回环。 如果过山车的速度 过快，当过山车通过斜坡顶部时，会发生什么 情况, 为什么？ 地球引力的变化对于过山车上 下山坡和穿过回环, 会产生什么样的影响。 你 能不能改变地球的引力？
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。
• 对于回环设计和，必须决定回环的大小尺度。 惊险的过山车通常会有回环或螺旋设计。 你惊 险的经历不仅仅是飞快的速度，巨大的落差, 也包括令人难忘的上上下下的翻滚。
• 如果你细看过山车回还的曲线，你所见到的不 是圆, 而是泪状物。这个形状称作椭圆形回环. 这个称谓早在 18 世纪瑞士天才数学家雷纳 就 曾提出。只是最近过山车设计工程师意识到这 是一个完美的翻转形状。
• ①力的作用是相互的同时出现，同时消失。。 ②相互 作用力一定是相同性质的力
• ③作用力和反作用力作用在两个物体上，产生的作用 不能相互抵消。
• ④作用力也可以叫做反作用力，只是选择的参照物不 同
• 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
这个动能势能的转化守恒定 率,保持过山车沿轨道上下运 动。 而动能的总量是保持不
便,只是重一种形式转化为另 一种形式。 请注意第一个山
坡是过山车的最高点,为什么?
• 然而，一部分的能量转化摩擦 力，风阻,车轮的转动和其他一 些消耗能量的因素。过山车设
计者充分考虑摩擦力在过山车 运行中所扮演的角色。 因此设
• 2、 物体的加速度跟作用力成正比，跟物 体的质量成反比。这就是牛顿第二定律。
加速度和力都是矢量，它们都是有方向 的。牛顿第二定律不但确定了加速度和 力的大小关系，还确定了它们的方向之 间的关系，加速度பைடு நூலகம்方向跟引起这个加 速度的力方向相同。
• 3.第三定律
• 两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向 相反，并且作用在同一直线上 F1 ＝－ F2
计师降低山坡设计的高度, 以保 证过山车能够完全驶过山坡。
• 作用力
• 作用力的表现形式是推或拉。 平衡的作用力表 现为物体在受到几个力作用时,物体保持静止状 态或匀速直线运动状态。 非平衡力表现为物体 在受到几个力作用时,物体保持非静止状态或变 速直线运动状态 牛顿第一和第二定律定律特别
符合过山车的工作原理，它们联系到重力和加 速度。过山车从山坡的顶端是一系列复杂的倾 斜的下降运动；但又是一个简单的力学原理。
摩擦力在车体运动中所起的作用。 设计者可
以用摩擦力以降低过山车行进中的速度和到 站后的安全停止。
• 重力
• 由于地球的吸引里而使物体受到的 力叫作重力. 对过山车最为重要和具 有影响的是地球引力。 地球引力使
物体从一个点往另外一点运动。由 于重力引起的加速或减速依据轨道 倾斜的角度;坡度越陡, 加速或减速就 越明显。
• 摩擦力
• 两个互相接触的物体, 当它们发生相对运动 时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的 力, 这种力就叫摩擦力. 摩擦力产生的条件是 两物体相互接触, 且接触面粗糙, 有相互挤压; 两物体之间要发生或已经发生相对运动. 摩擦 力阻碍物体相对运动或相对运动的趋势, 因此 摩擦里的方向与物体相对运动或相对运动的 趋势相反。 所以在物体的运动中,一部分动能 转化为摩擦力。 过山车的设计者一定要知道
• 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。
游乐场中牵涉到的物理知识：
1.跳楼机用到了失重原理，失重又与加速 度和惯性有关。
2.许多设施都是靠电来驱动的，就与电有 关联。
3.像是海盗船之类的，有用到了离心的知 识，离心的原理又牵扯到圆周运动和向心 力。
4.还有很多高速运作的过山车啊，滑板， 汽车等等，可联想到动能守恒，速度越大， 动能越大，就能摆到更高的高度。
向心力
当过山车沿着回环运动, 向心力发生 作用。向心力是物体沿着圆周运动 而产生的. 例如当你沿着下滑曲线向 地面运行, 地心引力使过山车沿直线 作下滑运动,但是轨道是曲线的,向心 力里又使过山车沿曲线运动. 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。
• 斜坡 #1
• 在设计斜坡#1 时, 请考虑以下的问题: 斜坡有没 有足够的高度,以提供过山车有足够的动力使过 山车通过斜坡#2 和回环。 如果过山车的速度 过快，当过山车通过斜坡顶部时，会发生什么 情况, 为什么？ 地球引力的变化对于过山车上 下山坡和穿过回环, 会产生什么样的影响。 你 能不能改变地球的引力？
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。