Question

7．閱讀短文，完成相應問題．
過山車是一項富有刺激性的娛樂工具．這次同物理學打交道不用動腦子，只要收緊你的腹肌，保護好腸胃就行了．當然，如果你受身體條件和心理承受能力的限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感受，你不妨站在一旁觀察過山車的運動和乘坐者的反應．
在剛剛開始時，過山車的小列車是依靠一個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了．對過山車來說，它的重力勢能在處于最高點時達到了最大值，也就是當它爬升到“山丘”的頂峰時最大．當過山車開始下降時，它的重力勢能就不斷地減少（因為高度下降了），但能量不會消失，而是轉化成了動能，也就是運動的能量．不過，在能量的轉化過程中，由于過山車的車輪與軌道的摩擦而產生了熱量，從而損耗了少量的機械能（動能和重力勢能）．這就是為什么在設計中隨后的小山丘比開始時的小山丘略矮一點的原因．
過山車最后一節小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物．事實上，下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈．因為最后一節車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于過山車中部的重心最高時，重力勢能最大，而當尾部到達最高點時，重心位置已經不在最高位置，已經有一部分重力勢能轉化為動能了．這樣，乘坐在最后一節車廂的人就能夠快速地達到和跨越最高點，從而就會產生一種要被拋離的感覺．尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達頂峰附近時，小車廂就可能脫軌飛出去．中前部的車廂情況就不同了，過山車的重心心在“身后”，在短時間內，它雖然處在下降的狀態，但是它要“等待”重心越過高點被重力推動．
（1）過山車上升階段，其重力勢能增加．（填“增加”、“減少”、“不變”）
（2）過山車在軌道的最低處，運動最快，動能最大，說明物體的動能同速度有關．
（3）在過山車運行起來以后，坐在過山車不同位置的乘客，通過某一豎直回環的最高點時，乘坐在車尾部（選填“車中部”、“車尾部”）通過時速度最大．
（4）設計師所設計的過山車軌道中，過山車依次通過的豎直回環的高度一次比一次低的原因是過山車受到摩擦力的作用．

Answer 1

分析 動能的影響因素是質量和速度，重力勢能的影響因素是質量和高度，二者可以相互轉化．在整個過程中，由于摩擦力的存在，機械能的總量并不守恒．據此結合題干中描述的現象進行解答．

解答 解：（1）過山車上升階段，其質量不變，高度增加，所以重力勢能增加．
（2）過山車在軌道的最低處，運動最快，動能最大，說明物體的動能同速度有關．
（3）車尾部車廂通過最高點時的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于過山車中部的重心最高時，重力勢能最大，而當尾部到達最高點時，重心位置已經不在最高位置，已經有一部分重力勢能轉化為動能．因此，通過某一豎直回環的最高點時，乘坐在車尾部通過時速度最大．
（4）設計師所設計的過山車軌道中，過山車依次通過的豎直回環的高度一次比一次低的原因是過山車受到摩擦力的作用，整個過程中機械能部分轉化為內能，機械能總量減少．
故答案為：（1）增加；（2）速度；（3）車尾部；（4）過山車受到摩擦力的作用．

點評 解答本題的關鍵是了解動能、重力勢能的影響因素，知道機械能守恒的條件，難度是第三個問題的判斷，值得我們關注．