(共18张PPT)
第十章 功与机械能
实践
探究游乐设施中的功与能
沪科·八年级物理下册
物理观念：
1.了解游乐设施中功和能的知识应用。
2.认识使用游乐设施过程中的心理问题。
3.认识使用游乐设施过程中的安全问题。
4.了解游乐设施中的工程技术。
科学思维：
能够利用所学知识分析生活中各种游乐设施中功和能的关系及能量的转化。
科学探究：
通过对生活中各种游乐设施的了解及分析，进一步认识功和能的关系及能量的转化。
科学态度与责任：
培养学生观察思考、勇于发现、乐于探究的学习习惯，以及应用物理知识解决实际问题的能力。
学习目标
游乐园中的滑梯、过山车等给我们留下了美好的童年记忆，在这些惊险刺激的游乐项目中普遍存在不同能量的巧妙转化。让我们再次走进游乐园，探究童年记忆中功与能的关系吧。
问题缘起
活动方案
本活动涉及功与能、工程技术、心理、人体健康等相关知识。通过体验感知、认识规则、完善方案等过程，完成自己喜欢的游乐项目推介方案。
任务一
体验游乐项目。走进游乐园，体验游乐项目，感受不同位置的速度变化，并从能量的视角分析体验过程。
正确系好安全带、听从工作人员安排。
安全 警示
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观看视频，通过分析能量转换了解过山车的运行原理。
1. 过山车
过山车运动到最高点时
过山车由高处到低处运动
过山车由低处到高处运动
速度为_____，_______能最大，_______能为零。
速度______，_______能减小，_______能增大，_______能转化为_______能。
速度______，_______能减小，_______能增大，_______能转化为_______能。
零
重力势
动
变大
重力势
动
重力势
动
变小
动
重力势
动
重力势
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观看视频，通过分析能量转换了解蹦极的运行原理。
2. 蹦极
O→A A→B B点 B→C C点
速度变化 加速 加速 速度最大 减速 速度为零
能量转化 重力势能转化为动能 重力势能转化为动能和弹性势能 动能和重力势能转化为弹性势能 弹性势能最大，人在O点的重力势能全部转化为绳的弹性势能(不计空气阻力)
任务二
认识安全规则。结合体验过程中功与能的关系，解释游乐项目安全须知相关内容，并从工程实践的视角对游乐设施的安全性进行评估。
任务三
完善推介方案。以多学科视角，从游乐设施、功与能的关系游玩体验、温馨提示等方面撰写游乐项目推介方案，用于班级推荐交流。
交流评价
在班级展示推介方案，并对其他推介方案给予评价。
拓展研究
查阅资料，了解我国民间的传统游乐项目、游乐方式以及这些游乐项目中蕴含的科学内涵。体会物理学在游乐项目开发中的应用，写一篇科技小论文。
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课堂练习
1. 如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是（ ）
刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变
过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能
通过环形轨道最高点时，重力势能 最大，动能为零
过山车在运行过程中机械能守恒
B
2. 图甲中小车从A 点出发，先后经过 B、C、D、E点。图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则下列说法正确的是（ ）
在 D点时一切外力消失过山车动能为零
B 点到C 点的过程中，过山车的机 械能是守恒的
D点到E点的过程中，过山车速度 越来越快，过山车机械能是守恒的
过山车的机械能在B点最大
D
通过本节课的学习，你有什么收获？
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跨学科实践 探究游乐设施中的功与能
物理观念：
1.了解游乐设施中功和能的知识应用。
2.认识使用游乐设施过程中的心理问题。
3.认识使用游乐设施过程中的安全问题。
4.了解游乐设施中的工程技术。
科学思维：
能够利用所学知识分析生活中各种游乐设施中功和能的关系及能量的转化。
科学探究：
通过对生活中各种游乐设施的了解及分析，进一步认识功和能的关系及能量的转化。
科学态度与责任：
培养学生观察思考、勇于发现、乐于探究的学习习惯，以及应用物理知识解决实际问题的能力。
一、情景导入 生成问题
节日中，举家出游已经成了现代人的生活方式。而外出旅游必然离不开各种各样的游乐设施，我们在使用这些设施的过程中，体验到惊险、惊喜与刺激，身心得到了极大的放松。你知道吗，这些游乐设施中蕴含着很多关于生理和心理、功和能、能量的转化、工程技术等方面的知识。
二、自学互研 生成能力
活动1：体验游乐项目
蹦极运动简化后与下列情景相似：如图甲所示，弹性细绳的一端固定在O点，另一端系着一个小球，小球从O点释放后上下往复运动。由于空气阻力作用，最终会停在O点下方的某个位置。已知小球速度v与下落高度h的关系如图乙所示，细绳拉力F与下落高度h的关系如图丙所示。请根据图像解答下列问题。
(1)弹性细绳原长为 1.2 m，小球下落的最大高度为 2.4 m。
(2)小球最终停在h＝ 1.5 m的位置。
(3)已知小球在下落过程中减少的重力势能等于它所受重力做的功。不计空气阻力，则弹性细绳的最大弹性势能为 7.2 J。
【解析】(1)由图丙知，当拉力为零时弹性绳的长度为1.2 m，即弹性细绳原长为1.2 m；由图乙知，小球下落的最大高度为2.4 m；(2)因为小球在下落的过程中先做加速运动，当拉力等于重力时，合力为零，速度达到最大，然后做减速运动，由图乙知，当下落高度为1.5 m时，速度最大，拉力等于重力，小球最终停止时，处于平衡状态，即拉力等于重力，故小球最终停在h＝1.5 m的位置；(3)由图丙知，F与h的关系图像为一次函数，设解析式为F＝kh＋b，把(1.2，0)(2.0，8)代入解析式得k＝10 N/m，b＝－12 N，则有F＝10 N/m·h－12 N，当h＝1.5 m时，拉力F＝3 N，即G＝3 N，因为不计空气阻力，小球的重力势能全部转化为弹性绳的弹性势能，所以弹性细绳的最大弹性势能为E弹＝E重＝Gh最大＝3 N×2.4 m＝7.2 J。
活动2：认识安全规则
1.乘坐游乐设施前，仔细了解年龄、身体条件的要求，查看设施是否具备安全检验合格证且在有效期内。
2.游玩中请在座椅上坐稳，不要解除安全防护装置或跳离设备。游玩结束，待设备停稳后再解除安全防护装置。
3.设备运行过程中，如果发生晕眩等身体不适情况，要立即与管理人员联系寻求帮助。
4.乘坐旋转、翻滚类游乐设施时，应将随身物品摘下，避免玩耍过程中掉落。
5.如遇设备停机，导致悬空或不能离开时，请勿乱动或挣扎，保持镇定，耐心等待管理人员处理和救援。
6.儿童乘坐游乐设施时，家长要做好看护工作，检查孩子的安全装置是否正确佩戴，及时消除不安全因素。
7.乘坐游乐设施不要吸烟，发现同行者有吸烟情况，应及时提醒。游玩过程中应留心观察周围有无易燃物，如有异常，及时报告工作人员。
8.在封闭空间内游玩遇到火灾，切莫慌张，应按逃生指示标识方向从逃生出口迅速撤离。
活动3：了解游乐方案
甲
(1)如图甲，滚摆从位置1静止释放，下降经过位置2继续下降，再上升到达最高点位置3。滚摆从位置1到位置2的过程中重力势能 变小 （选填“变大”“不变”或“变小”）；在这三个位置中，滚摆重力势能最大的位置是 1 ，机械能最大的位置是 1 。
(2)过山车是依靠一个机械装置的推力推上最高点，然后由静止开始向下运动，机械装置就不再为它提供动力了。如图乙所示的三种轨道设计方案中，较合理的方案是 方案1 。
【解析】(1)在滚摆滚动的过程中，其质量不变，重力势能大小只与高度有关，从位置1到位置2，高度降低，故重力势能变小；在位置1时高度最高，故重力势能最大；由于滚摆滚动过程中受到空气阻力和绳子摩擦力的作用，导致机械能总量不断减少，故上升到位置3时机械能最小，所以机械能最大的位置是1；(2)因为过山车运行时会受到空气阻力，同时与轨道间有摩擦，部分机械能转化为克服空气阻力和摩擦力做功，这样过山车就不能到达原来的高度，因此后面的“小山丘”设计高度比开始时“小山丘”的高度要低，所以较合理的方案是方案1。
三、交流展示 生成新知
随着人们生活水平的提高，对居住环境的要求也越来越高。现在许多小区和公共场所都安装了健身器材和儿童游乐设施，其中荡秋千深受小朋友喜爱。但是荡秋千也存在着巨大的安全风险，如果荡起的秋千碰到了过往的小朋友，就会产生重大的安全事故。为了探究荡秋千时产生的动能与哪些因素有关，小强将细线一端固定悬挂起来模拟秋千，用小球模拟荡秋千的小朋友，设计了以下实验。如图所示，细线的长L相同，小球A、B的质量mA＜mB，悬线与竖直方向的夹角θ1＜θ2。
(1)图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中任一时刻的速度大小与小球的 质量 无关。
(2)小球按图示位置由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止，本实验中通过比较 木块C移动的距离 反映小球撞击木块C前的动能大小。
(3)根据图甲、乙所示的探究过程，小强观察到图乙中木块C被撞得更远，于是得出结论：小球摆幅相同时，小球的 质量 越大，动能越大。
(4)根据图乙、丙所示的探究过程，他观察到图丙中木块C被撞得更远，可得出结论：质量相同时，小球的 速度 （选填“速度”或“高度”）越大，动能越大。
(5)根据以上实验结论，小强建议小区物业在健身游乐区域张贴告示，告诫小朋友不要在秋千活动区域横向穿梭；荡秋千时，也不要荡得过高，以防不小心甩出时，受到更 大 （选填“大”或“小”）的伤害。
【解析】(1)图甲、乙中，mA21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共7张PPT)
【活动方案】
“过山车”的研究
小科和小林假期来到深圳市欢乐谷，他们体验了著名的“雪域雄鹰”过山车。该弹射式过山车最高点达60 m，轨道长度达887 m，最高时速达135 km/h，是目前中国已建成的最高、最长、最快的弹射式过山车之一。
(1)弹射式过山车在弹射到最高点以后就会失去外部动力，依靠自由下落走完全程。设计初期工程师测试发现，过山车依靠自由下落无法走完全程，可能是因为最高点设置______ (选填“过低”或“过高”)。
(2)设计887 m的长轨道是为了________ (选填“更安全”“更好玩”或“更大载客量”)。
(3)“雪域雄鹰”有橙色和绿色两部列车。经测量，橙色车全程运行用时40 s，绿色车全程运行用时38 s，则橙色车比绿色车运行得_______ (选填“更快”或“更慢”)。
(4)图中所示的过山车正在进行_______(选填“直线”或“曲线”)运动。
过低
更安全
更慢
曲线
(5)当过山车进行高空S形扭转时，以下说法正确的是
A．过山车在前进，是单一形式的运动
B．过山车自身在扭转，是单一形式的运动
C．过山车一边前进，一边扭转，是两种运动形式叠加的运动
(6)下列关于过山车的说法正确的是
A．通过环形轨道最高点时，速度为0
B．通过环形轨道最低点时，速度最大
C．过山车向下俯冲时，动能转化为重力势能
D．过山车在运行过程中机械能守恒
C
B
(7)“雪域雄鹰”作为深圳欢乐谷的主打明星项目，设计时______ (选填“需要”或“不需要”)考虑整体造型是否美观。
需要
【交流评估】
(8)小科坐在过山车上，感到天旋地转，这时他是以____作为参照物的。
(9)过山车运动最快时，动能最大，说明物体的动能与
___________有关。
(10)设计师所设计的过山车轨道中，过山车依次通过的竖直回环的高度一次比一次低的原因是______________________________
______________________________________。
(11)在过山车运行起来以后，坐在过山车不同位置的乘客，通过某一竖直回环的最高点时，乘坐在_______ (选填“车中部”或“车尾部”)的乘客通过时的速度最大。
自己
速度大小
过山车的车轮与轨道的摩擦产生热量，从而损耗了少量的机械能
车尾部
【拓展研究】
(12)小科和小林回家后开始设计制作自己的过山车。请你给他们提点建议：过山车的设计应该第一考虑的是______ (选填“长度”或“安全”)；其次，为了好玩，轨道的坡度要_______ (选填“有变化”“尽量不变”或“越小越好”)。
安全
有变化
