斜坡和負荷：斜坡上的加速
1·預測
如果您從靜止狀態釋放負載並使坡道角度變陡，那麼相同時間後其速度會發生什麼變化？
- 它加速得更快——更陡的斜坡提供更大的加速度。
- 它達到相同的速度——角度不會影響它的加速速度。
- 它加速得更慢——更陡的斜坡提供更小的加速度。
2·設定
- 打開力學沙箱中的「Ramp & Load」預設。
- 選擇坡道並使用檢查器設定此試驗的傾斜角度。
- 將負載從頂部靜止釋放，並在列出的經過時間後從探頭讀取其速度。
3·收集數據
| 坡道角度 (deg) | 負載質量 (kg) | 經過時間 (s) | 速度 (m/s) | 動能 (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
針對固定1秒的各次試驗，繪製速度（Y軸）相對斜坡角度（x軸）的關係圖。這種關係是直線嗎？
4·分析
- 使用 v = g sin θ · t，計算每行的預期速度並將其與從探頭讀取的值進行比較。
- 在所有三個試驗中，當角度發生變化時，負載質量保持固定在 3 kg。關於無摩擦坡道上的質量和加速度之間的關係，這告訴您什麼？
5·擴展
- 兩個不同質量的負載同時從同一角度釋放。哪一個先到達底部？使用您的數據來證明您的答案。
- 真正的坡道有摩擦力。如果這個斜坡不是無摩擦的，那麼測量的速度會高於或低於您的 v = g sin θ · t 預測，為什麼？
這個實驗背後的物理原理
動能
當負載沿著斜坡加速時，其動能與其速度的平方成正比——速度加倍，動能變成四倍。
重力位能
在無摩擦坡道上，負載下降時失去的重力 PE 完全轉化為它獲得的動能——沒有任何熱量損失。