力學
斜面上的小球
觀察小球沿斜面下滑時如何加速。
斜面上的小球——互動式力學模擬。觀察小球沿斜面下滑時如何加速。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
斜面上的重力
在無摩擦斜面上，重力沿斜面方向拉小球。只有平行於斜面的分量纔會使小球加速。
重力始終豎直向下。在傾斜表面上，需將其分解爲兩個分量：一個平行於斜面（產生加速度），一個垂直於斜面（由支持力平衡）。因此小球會沿山坡滾下，儘管重力方向始終向下。
- 平行分量 F∥ = mg sin θ
- 加速度 a = g sin θ（無摩擦）
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
將較重的球和較輕的球分別從靜止釋放到無摩擦坡道上的相同高度。哪一個到達底部的速度比較快？
預測權重
- 較重的球到達底部的速度更快。
- 兩個球以相同的速度到達底部。
- 較輕的球到達底部的速度更快。
可變角色
您設定的內容：
- 大量的 (kg)
- 斜坡角度 (°)
- 下落高度 (m)
您測量的內容：
- 重力PE (J)
- 底部速度 (m/s)
調查如何進行
- 打開傾斜預設。注意坡道的傾斜角度、球的質量及其在坡道底部上方的起始高度。
- 使用檢查器設定此試驗的球的質量和坡道的角度，並記下球在坡道底部上方的垂直起始高度。
- 運行模擬並記錄球到達斜坡底部時的速度讀數（探針）。
控制方程
重力位能 — PE = m·g·h
球在坡道底部上方的高度在釋放前儲存了重力 PE——當球滾下時能量預算轉化為運動。
動能 — KE = ½·m·v²
在無摩擦斜坡上，當球到達底部時，所有起始 PE 都已轉換為 KE，這就是確定其最終速度的因素。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對於每一行，使用測量的底部速度計算 1/2 m v^2。將其與重力 PE 柱進行比較。你注意到什麼？
- 您的三個試驗使用不同的斜坡角度。在相同的起始高度下，僅改變角度會改變最終速度嗎？用能量守恆來解釋為什麼或為什麼不。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 您的重力 PE 柱取決於質量，但測量的最終速度則不然。解釋為什麼在無摩擦坡道上較重的球不會比較輕的球更快到達底部。
- 真正的斜坡有一些摩擦力，真正的滾動球在滾動時也必須消耗一些旋轉能量。您預期真球的最終速度會比您的無摩擦預測更高還是更低？為什麼？
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- 預測：質量重要嗎？
- 更改：將球的質量加倍
- 執行：記錄兩次試驗
- 查看圖表
- 解釋：令人驚訝的結果
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。