实践 探究游乐设施中的功与能（课件20页）2025-2026学年八年级物理全册沪科版（2024）

(课件网) 实践：探究游乐设施中的功与能 一、探究背景与目的 游乐园中的过山车、摩天轮、蹦极、海盗船等游乐设施，充满了力、功与能量的物理奥秘。本次实践通过观察和分析常见游乐设施的运行过程，探究其中功与能的转化规律，加深对机械能（动能、重力势能、弹性势能）及其转化的理解，体会物理知识在实际中的应用。 二、探究对象与工具 探究对象：过山车、摩天轮、蹦极跳、海盗船、秋千。 观察工具：秒表（测量运动时间）、手机（拍摄视频辅助分析）、记录本（记录现象与数据）。 分析依据：功的计算公式（\(W=Fs\)）、功率公式（\(P=W/t\)）、机械能转化规律（动能与势能的相互转化）。 三、常见游乐设施的功与能分析 （一）过山车 能量转化过程： 提升阶段：机械力对过山车做功，将电能转化为过山车的重力势能（高度升高，重力势能增大）。此过程中，牵引力做的功等于过山车重力势能的增加量（忽略摩擦时）。 俯冲阶段：过山车从最高点下滑，高度降低，重力势能迅速转化为动能（速度增大，动能增大），到达最低点时动能最大、重力势能最小。 爬坡与转弯阶段：动能转化为重力势能（上坡时速度减小、高度升高），同时部分动能因摩擦转化为内能（轨道摩擦生热），因此后续坡顶高度通常低于初始最高点（机械能因损耗减小）。 关键观察点： 初始提升高度决定了后续运动的最大动能，越高的起点能支持更长的轨道运行。 轨道设计中的 “回环” 结构利用动能与重力势能的转化，确保过山车有足够速度通过最高点。 （二）摩天轮 能量转化过程： 上升阶段：电机对摩天轮做功，座舱高度升高，动能转化为重力势能（速度基本不变，动能变化较小，主要是电能转化为重力势能）。 下降阶段：座舱高度降低，重力势能转化为动能（速度略有增大），同时电机做负功（提供阻力），避免速度过大。 匀速转动阶段：电机做功主要用于克服摩擦阻力，机械能总量基本不变（动能不变，重力势能随高度周期性变化，但总和近似守恒）。 关键观察点： 座舱在最高点时重力势能最大，最低点时重力势能最小，转动过程中重力势能与动能周期性转化。 电机的功率需匹配摩天轮的负载和摩擦阻力，确保稳定运行。 （三）蹦极跳 能量转化过程： 下落阶段：人从高处跳下，重力势能转化为动能（高度降低，速度增大），接触蹦极绳前，重力势能不断减小，动能不断增大。 绳拉伸阶段：蹦极绳被拉长（发生弹性形变），动能转化为弹性势能（速度减小，弹性势能增大），当速度为 0 时，弹性势能达到最大（此时下落至最低点）。 反弹阶段：弹性势能转化为动能和重力势能（绳收缩，速度增大，高度升高），上升到最高点时，动能为 0，重力势能最大（但低于初始高度，因摩擦损耗机械能）。 关键观察点： 蹦极绳的弹性形变程度决定了弹性势能的大小，形变越大，反弹高度越高（忽略损耗时）。 多次反弹后高度逐渐降低，说明机械能因空气阻力和绳的摩擦不断转化为内能。 （四）海盗船 能量转化过程： 摆动上升阶段：电机对海盗船做功，动能转化为重力势能（速度减小，高度升高），最高点时重力势能最大、动能最小。 摆动下降阶段：重力势能转化为动能（高度降低，速度增大），最低点时动能最大、重力势能最小。 阻尼阶段：停止电机驱动后，因摩擦阻力，机械能不断转化为内能，摆动幅度逐渐减小，最终静止（动能和重力势能均为 0）。 关键观察点： 摆动幅度越大（最高点越高），重力势能越大，转化的动能越大，最低点速度越快。 摩擦阻力的存在导致机械能不守恒，需电机持续做功维持摆动（克服损耗）。 四、探究实验设计：秋千的机械能转化 （一）实验目的 验证秋千运动中动能与重力势能的相互转化，观察机械能损耗现象。 （二） ... ...