北京市顺义区顺义一中 余志权
理论联系实际是物理教学中的一个很重要的原则，在近年的高考物理中均有重要体现。复习中要重视那些与生产、生活及现代技术紧密相联系的课本知识，因为就是这些知识组合成为每年物理高考的“热点”。譬如：公园或游乐园里的一些娱乐设施，近些年悄悄地挤入高考物理试卷，本文有三个目的：
1．适时了解高考动向，特别是近几年的高考，从中掌握高考的热点。
2．关注生活、融入社会，努力提高自身理论联系实际的能力。
3．努力拓宽物理知识的广度与深度。
下面笔者从近些年高考已考的试题，分类整理出五项娱乐项目，依次抛砖引玉，希望广大考生和老师重视这方面的背景知识。
一、“玩飘”的空中飞椅
1．有一种叫“飞椅”的游乐项目，示意图如图所示，长为L的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为r的水平转盘边缘。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度ω匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为θ。不计钢绳的重力，求转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系。
解析：由向心力公式F =mω2r得：mgtanθ=mω2(r+Lsinθ)，则ω=
二、“炫目”的摩天轮
结构清晰的摩天轮
上海锦江乐园的摩天轮
据说是世界上最大的摩天轮
2．如图是位于锦江乐园的摩天轮，高度为108m，直径是98m。一质量为50kg的游客乘坐该摩天轮做匀速圆周运动旋转一圈需25min。如果以地面为零势能面，则他到达最高处时的（取g=10m/s2）。
A．重力势能为5.4×104J，角速度为0.2rad/s
B．重力势能为4.9×104J，角速度为0.2rad/s
C．重力势能为5.4×104J，角速度为4.2×10-3rad/s
D．重力势能为4.9×104J，角速度为4.2×10-3rad/s3．“时空之旅”飞车表演时，演员驾着摩托车，在球形金属网内壁上下盘旋，令人惊叹不已，摩托车沿图示竖直轨道做圆周运动的过程中：
答案：C
三、杂耍“时空之旅”
远景
演员开始表演
正在表演
远景
3．“时空之旅”飞车表演时，演员驾着摩托车，在球形金属网内壁上下盘旋，令人惊叹不已，摩托车沿图示竖直轨道做圆周运动的过程中：
A．机械能一定守恒
B．其输出功率始终保持恒定
C．经过最低点时的向心力仅由支持力提供
D．通过最高点时的最小速度与球形金属网直径有关
解析：摩托车在竖直轨道做圆周运动的过程中，摩擦力、发动机的动力都要做功，机械能不守恒；摩托车在运动过程中，其受力情况和运动情况不断变化，其输出功率发生变化；在最低点时向心力由重力和支持力来提供；通过最高点时，满足最小速度时的向心力仅由重力提供，即：
，故D项正确。
四、“刺激”的跳楼机
人们欢快地在跳楼机上享受刺激
跳楼机的全景
4．在游乐场中，有一种大型游戏机叫“跳楼机”，.参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，由电动机将座椅沿光滑的竖直轨道提升到离地面40m高处，然后由静止释放，为研究方便，可以认为座椅沿轨道做自由落体运动1.2 s后，开始受到恒定阻力而立即做匀减速运动，且下落到离地面4m高处时速度刚好减小到零．然后再让座椅以相当缓慢的速度稳稳下落，将游客送回地面。(取g=10m／s2)
求：
（1）座椅在自由下落结束时刻的速度是多大?
（2）座椅在匀减速阶段的时间是多少？
（3）在匀减速阶段，座椅对游客的作用力大小是游客体重的多少倍?
解析：(1)设座椅在自由下落结束时刻的速度为v，下落时间t1=1.2s，由v=gt1得：v=12(m/s)
（2）设座椅自由下落和匀减速运动的总高度为h，总时间为t， h=40-4=36m，由
得：t=6s，设座椅匀减速运动的时间为t2， 则t2=t-t1=4.8s。
（3）设座椅在匀减速阶段的加速度大小为a，座椅对游客的作用力大小为F，由
， a=2.5m/s2，由牛顿第二定律：
得 F=12.5m。所以 ：
五、“尖叫”的过山车
各种过山车模型
5．过山车是游乐场中常见的设施。下图是一种过山车的简易模型，它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成，B、C、D分别是三个圆形轨道的最低点，B、C间距与C、D间距相等，半径R1=2.0m、R2=1.4m。一个质量为m=1.0kg的小球（视为质点），从轨道的左侧A点以v0=12.0m/s的初速度沿轨道向右运动，A、B间距L1=6.0m。小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2，圆形轨道是光滑的。假设水平轨道足够长，圆形轨道间不相互重叠。重力加速度取g=10m/s2，计算结果保留小数点后一位数字。试求：
（1）小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作用力的大小；
（2）如果小球恰能通过第二圆形轨道，B、C间距
应是多少；
（3）在满足（2）的条件下，如果要使小球不能脱离轨道，在第三个圆形轨道的设计中，半径R3应满足的条件；小球最终停留点与起点
的距离。
解析：（1）设小于经过第一个圆轨道的最高点时的速度为v1根据动能定理
①
小球在最高点受到重力mg和轨道对它的作用力F，根据牛顿第二定律
②
由①②得
③
（2）设小球在第二个圆轨道的最高点的速度为v2，由题意
：
④
⑤
由④⑤得
⑥
（3）要保证小球不脱离轨道，可分两种情况进行讨论：
I．轨道半径较小时，小球恰能通过第三个圆轨道，设在最高点的速度为v3，应满足
⑦
⑧
由⑥⑦⑧得：
II．轨道半径较大时，小球上升的最大高度为R3，根据动能定理
解得：
为了保证圆轨道不重叠，R3最大值应满足
：
解得：R3=27.9m
综合I、II，要使小球不脱离轨道，则第三个圆轨道的半径须满足下面的条件
或
；当
时，小球最终焦停留点与起始点A的距离为L′，则
：
，
当
时，小球最终焦停留点与起始点A的距离为L〞，则
：
总之，生活中处处有物理，留心观察皆学问。瑞士心理学家皮亚杰说：所有智力方面的工作都依赖于兴趣。趣则乐，乐则愿，愿则学。而娱乐项目既贴近学生生活，又能承载物理知识是一种很好试题模型。平时关注这一视角的问题并留意这种试题，娱乐时足以使同学们“尖叫”；考场上相信你也能使它“尖教”。
附：以下是一些娱乐项目，提醒广大师生注意，以此为背景均可进入试卷。
上海锦江乐园有18种大型游乐设施：单环滑车、单轨列车、木马游转、空战机、降落部队、空中转椅、莲花盘、脚踏单轨车、动物小车、碰碰车、惯性滑车、飞碟船、激光射击、UFO转轮、高台变速滑道、摇滚滑道、45摄氏度奔流冲浪滑板、按摩池等。
北京游乐园有10种大型游乐设施：云霄飞车（产自日本的过山车）、海盗船（产自意大利）、急流勇进（产自日本）、勇敢者转盘（产自日本）、探空飞梭（模拟航天项目）、环球飞船（模拟航天项目）、惯性滑车（产自日本）、峡谷漂流（国内游乐园“第一漂”）、超级秋千（产自日本）、自旋滑车（产自中山）等。
2011-05-05 人教
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