斜坡上的球：無摩擦斜坡上的能量
1·預測
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？
- 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。
2·設定
- 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）。
3·收集數據
| 大量的 (kg) | 斜坡角度 (°) | 下落高度 (m) | 重力PE (J) | 底部速度 (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 15.00 | 0.30 | ||
| 1.50 | 25.00 | 0.50 | ||
| 2.00 | 35.00 | 0.70 |
針對三次試驗，繪製底部速度（Y軸）相對起始高度（x軸）的關係圖。這種關係是直線嗎？
4·分析
- 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。
5·擴展
- 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？
這個實驗背後的物理原理
重力位能
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
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。