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摘要：在西安有一段盘山公路，车会自动地爬上坡，但下坡却要费劲往前推。这究竟是什么原因呢？大多数的人认为是大自然的鬼斧神工。本文就这个怪坡现象进行了探究。在探究过程中，结合双锥体上坡的物理现象展开研究，经过查阅资料、实验验证和数据分析，发现这两种物理现象，一种是坡本身引起的人眼视觉参考系选取产生，一种是运动的物体本身引起的。我们可以利用这些物理现象和能量守恒定律，使得我们出行更加低碳，如应用到改造铁路，使火车更加节能等。
关键词 视觉;上坡;双锥体;能量守恒;
中图分类号：G4 文献标识码：A
判断一段路是否有坡度，不是看参照物（坡中的石柱、天空、對面的山），而是用重力的方向判断，看物体在这个坡上运动时重心相比水平面是升高了还是降低了。大家都知道，重力的方向是竖直向下（可以用铅垂线判断），就好像是建筑工人用重垂线来判断所建墙体是否垂直。
一、测量学知识
如果借用仪器（经纬仪、水准仪、全站仪、工程GPS等），测出这个坡的两端的的经度纬度进行对比，则怪坡真相就浮出水面，所谓的“上坡”其实比“下坡”的高程低。
二、双锥体上坡大解密
还有另一种怪坡，V型轨道坡也引起了我的思考，物体双锥体在V行轨道上也能自如上坡现象，这究竟又是什么原因呢？为此我亲自动手做了双锥体模型研究其上坡的物理原理。
双锥体上坡过程中存在的一些疑惑问题主要有：
1.第一部分：制作双锥体制作过程：
（1）准备器材：漏斗、胶带、木棍
（2）制作步骤：
a.取两个漏斗（直径约为7厘米，锥高为5厘米），口对口对齐后以胶带粘帖固定，就完成了一个双锥体。
b.取坚硬木棍两支，排列成V形，架高放置，但是开口处略高。
c.操作：将双锥体放置在略靠近狭小开口（低处），双锥体就会往高处滚动，像是会爬坡。
2.研究双锥体上坡
（1） 我的发现：
（2）实验操作：
（3）双椎体上坡现象研究
①实验器材：V型轨道一个（V型尖端处低），开口处高，双椎体一个
②实验步骤
a.V形轨道放在实验桌上，明显的看到是尖端处低，开口处高。
b.把双圆锥体放在低端，然后放手让它自由滚动，看是否能往上滚。
（3）实验结果
双锥体向“上”滚动，到了上面它在一个位置来回滚动几次后就停在某一位置。
3.我的疑惑
可是，究竟什么情况下双锥体可以滚上去什么时候不能滚上去呢？V型轨道该怎么设置才能让双椎体上坡呢？双锥体滚动时间的长短又如何？
带着这些疑惑我做了以下几个对比实验。
（1）当轨道高端和低端的高度固定不变时;
（2）当V型轨道的开口角度固定不变时;
（3）不同长短的双锥体在低端为3cm，高端为5cm的v型轨道上时;
（4）实验数据分析
双椎体在不同位置时重心并没有发生变化，实验中我采用悬挂法和作图法找到双锥体的重心恰好在其几何中心处。实验中向上滚的条件是由轨道和双圆锥体的几何参数决定的。如果由于轨道分开而使重心降低的高度大于轨道上升的高度，双圆锥体就会向轨道上方滚去。
（5）实验结果分析
a.重力的角度
物体在重力作用下，只能由高处向低处运动，此实验中双锥体向轨道上方滚动，是由于向上时轨道臂间的距离变大，锥体与轨道的支持点由锥底向锥尖方向移动，从而使锥体的重心（位于双锥体的中轴上）降低。
b.能量的角度来解释
在运动过程中重心降低，重力势能减小，转化为物体平动和转动的能量。
c.物体平衡的角度
当物体的重心最低时，物体处于稳定平衡状态。把物体从某位置微扰一下，如果它的重心升高，那么它就会返回到原来的位置;如果它的重心降低，那么它就会向重心更低的方向运动。
4.自我答疑
（1）锥体没有动力装置，为何会运动？锥体为何从低处向高处运动？
因为锥体沿轨道开口运动时，轨道对锥体的支持点是在不断沿着锥体的斜面向外扩张，锥体实际上是沿着自身重力下降的方向运动的，支持力与重力的合力使锥体运动，只是轨道斜面的斜坡给了我们锥体向上运动的感觉。
（2）整个过程中，能量是怎样变化的？
双锥体的运动并没有违背能量守恒定律。如果从侧面观察锥体顶点处（双锥体重心的水平方向）的突起，可以发现双锥体的重心是在下降的。
如果两条轨道是平行的，锥体沿着轨道运动时重心是升高的，这就违反了能量守恒定律，所以在平行的轨道上不会出现本次实验中的现象。
2.5实验过程中需注意的事项
在我的实验探究中，我总结了以下几点实验过程中需要注意的事项。想要看到双锥体往高处滚动，必须做到：
① 调整好木棍高低差;
② 调整好木棍的开口大小;
③ 双椎体放置的位置;
④ 制作双椎体的漏斗不能太小，因为重量太轻比较不容易显示效果（不滚动或滚动距离很短）;
⑤ 漏斗太小则往上滚动的距离也会相对较短;
三、探究的发现与感悟
经过这次的实验探究我联想到火车进站时要上坡、出站时要下坡。这大概也与能量守恒有关。火车上坡时把原来运动的火车的动能转化为重力势能贮存起来，下坡时把贮存的重力势能再转化为火车的动能，这样可以节省能量。而且上坡容易减速，保证安全，下坡容易加速，加快火车调度。
既然双椎体可以通过与轨道的接触点的改变，利用重力和支持力的合力的改变，来自动改变自己的重心，这样不用动力装置就能自动上坡了，这样的上坡方法同样绿色环保节能。
关键词 视觉;上坡;双锥体;能量守恒;
中图分类号：G4 文献标识码：A
判断一段路是否有坡度，不是看参照物（坡中的石柱、天空、對面的山），而是用重力的方向判断，看物体在这个坡上运动时重心相比水平面是升高了还是降低了。大家都知道，重力的方向是竖直向下（可以用铅垂线判断），就好像是建筑工人用重垂线来判断所建墙体是否垂直。
一、测量学知识
如果借用仪器（经纬仪、水准仪、全站仪、工程GPS等），测出这个坡的两端的的经度纬度进行对比，则怪坡真相就浮出水面，所谓的“上坡”其实比“下坡”的高程低。
二、双锥体上坡大解密
还有另一种怪坡，V型轨道坡也引起了我的思考，物体双锥体在V行轨道上也能自如上坡现象，这究竟又是什么原因呢？为此我亲自动手做了双锥体模型研究其上坡的物理原理。
双锥体上坡过程中存在的一些疑惑问题主要有：
1.第一部分：制作双锥体制作过程：
（1）准备器材：漏斗、胶带、木棍
（2）制作步骤：
a.取两个漏斗（直径约为7厘米，锥高为5厘米），口对口对齐后以胶带粘帖固定，就完成了一个双锥体。
b.取坚硬木棍两支，排列成V形，架高放置，但是开口处略高。
c.操作：将双锥体放置在略靠近狭小开口（低处），双锥体就会往高处滚动，像是会爬坡。
2.研究双锥体上坡
（1） 我的发现：
（2）实验操作：
（3）双椎体上坡现象研究
①实验器材：V型轨道一个（V型尖端处低），开口处高，双椎体一个
②实验步骤
a.V形轨道放在实验桌上，明显的看到是尖端处低，开口处高。
b.把双圆锥体放在低端，然后放手让它自由滚动，看是否能往上滚。
（3）实验结果
双锥体向“上”滚动，到了上面它在一个位置来回滚动几次后就停在某一位置。
3.我的疑惑
可是，究竟什么情况下双锥体可以滚上去什么时候不能滚上去呢？V型轨道该怎么设置才能让双椎体上坡呢？双锥体滚动时间的长短又如何？
带着这些疑惑我做了以下几个对比实验。
（1）当轨道高端和低端的高度固定不变时;
（2）当V型轨道的开口角度固定不变时;
（3）不同长短的双锥体在低端为3cm，高端为5cm的v型轨道上时;
（4）实验数据分析
双椎体在不同位置时重心并没有发生变化，实验中我采用悬挂法和作图法找到双锥体的重心恰好在其几何中心处。实验中向上滚的条件是由轨道和双圆锥体的几何参数决定的。如果由于轨道分开而使重心降低的高度大于轨道上升的高度，双圆锥体就会向轨道上方滚去。
（5）实验结果分析
a.重力的角度
物体在重力作用下，只能由高处向低处运动，此实验中双锥体向轨道上方滚动，是由于向上时轨道臂间的距离变大，锥体与轨道的支持点由锥底向锥尖方向移动，从而使锥体的重心（位于双锥体的中轴上）降低。
b.能量的角度来解释
在运动过程中重心降低，重力势能减小，转化为物体平动和转动的能量。
c.物体平衡的角度
当物体的重心最低时，物体处于稳定平衡状态。把物体从某位置微扰一下，如果它的重心升高，那么它就会返回到原来的位置;如果它的重心降低，那么它就会向重心更低的方向运动。
4.自我答疑
（1）锥体没有动力装置，为何会运动？锥体为何从低处向高处运动？
因为锥体沿轨道开口运动时，轨道对锥体的支持点是在不断沿着锥体的斜面向外扩张，锥体实际上是沿着自身重力下降的方向运动的，支持力与重力的合力使锥体运动，只是轨道斜面的斜坡给了我们锥体向上运动的感觉。
（2）整个过程中，能量是怎样变化的？
双锥体的运动并没有违背能量守恒定律。如果从侧面观察锥体顶点处（双锥体重心的水平方向）的突起，可以发现双锥体的重心是在下降的。
如果两条轨道是平行的，锥体沿着轨道运动时重心是升高的，这就违反了能量守恒定律，所以在平行的轨道上不会出现本次实验中的现象。
2.5实验过程中需注意的事项
在我的实验探究中，我总结了以下几点实验过程中需要注意的事项。想要看到双锥体往高处滚动，必须做到：
① 调整好木棍高低差;
② 调整好木棍的开口大小;
③ 双椎体放置的位置;
④ 制作双椎体的漏斗不能太小，因为重量太轻比较不容易显示效果（不滚动或滚动距离很短）;
⑤ 漏斗太小则往上滚动的距离也会相对较短;
三、探究的发现与感悟
经过这次的实验探究我联想到火车进站时要上坡、出站时要下坡。这大概也与能量守恒有关。火车上坡时把原来运动的火车的动能转化为重力势能贮存起来，下坡时把贮存的重力势能再转化为火车的动能，这样可以节省能量。而且上坡容易减速，保证安全，下坡容易加速，加快火车调度。
既然双椎体可以通过与轨道的接触点的改变，利用重力和支持力的合力的改变，来自动改变自己的重心，这样不用动力装置就能自动上坡了，这样的上坡方法同样绿色环保节能。