在思维的空间里漫游--物理趣味探索实验（上）/巅峰阅读文库

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惊险刺激的环球嘉年华 ——“游乐”中的物理学 环球嘉年华是世界知名的娱乐品牌，是与迪斯尼主题公园、环球影城 并驾齐驱的世界三大娱乐主题之一。其中的游乐设施及娱乐活动让我们流 连忘返，本节将带领大家去探寻其中的物理知识。 力学乐园 右图中的实验装置主要由倾斜 的直轨道、竖直的圆环轨道、锥形 “漏斗”，以及水平的圆形轨道等 构成。 当小球从向下倾斜的轨道上端 由静止释放后，它将经历一次惊 险、有趣的科学之旅。 下面，就让我们放飞心情，与 小球一起步入科学之旅。 “高山滑雪” 惊险刺激的高山滑雪，从高耸人云的山顶急速滑下，只有拥有高超技 术和过人胆魄的人才敢尝试，让我们坐上“滑雪车”与小球一起来一次高 山滑雪！ 动手操作 将小球放在向下倾斜的轨道的最 高点，然后由静止释放。 情景展示 被释放的小球立刻沿着陡峭的 轨道向下运动(如左图所示)，其高 度不断下降，速度在不断增大，到 达轨道最低点时，小球的速度达到 最大。 原理解释 这是为什么呢？ 物理学研究表明，如果不考虑小 球运动过程中受到的摩擦阻力和空气 阻力，小球的动能和重力势能的总和 (即机械能)将保持不变。因此，小 球向下运动的过程中，由于其高度不 断降低，它的重力势能不断减小，因 而其动能将会不断地增大。当小球到 达轨道的最低位置时，其重力势能变 为最小，相应地，动能达到最大，速 度也达到最大值。 点击——重物下落的应用 在许多建筑工地上，我们时常会看到打 桩机在不停地工作(如右图所示)，它们可是 建造高楼的好帮手。细心的你是否注意到，打 桩机工作时，总是先要用卷扬机将重锤尽量举 高，然后释放，重重一击将桩子打入地下。你 是否思考过，这样的生产活动蕴藏着怎样的物 理规律？ 实际上，将重锤举高的过程，就是增大重 锤重力势能的过程。当重锤被释放后，其重力 势能逐渐转化为动能。在重锤与桩接触的瞬 间，动能几乎全部传递给木桩，于是桩子就能 被打入地下了。 人们巧妙地运用机械能守恒与转化的原理 发明了打桩机，使得建造高楼变得更加容 易了。 锥体上滚 下面我们再一起来做一个有 趣的实验。如左图所示，在一 “V”形倾斜轨道顶端，放置有一 个纺锤形物体(注：本实验称之 为“锥体”)。把它放置到轨道的 底端，然后将其由静止释放，想 一想，会出现什么现象？ P3-5