斜坡上的球：无摩擦斜坡上的能量
1·预测
将较重的球和较轻的球分别从静止状态释放到无摩擦坡道上的相同高度。哪一个到达底部的速度更快？
- 较重的球到达底部的速度更快。
- 两个球以相同的速度到达底部。
- 较轻的球到达底部的速度更快。
2·设置
- 打开倾斜预设。注意坡道的倾斜角度、球的质量及其在坡道底部上方的起始高度。
- 使用检查器设置此试验的球的质量和坡道的角度，并记下球在坡道底部上方的垂直起始高度。
- 运行模拟并记录球到达斜坡底部时的速度读数（探针）。
3·收集数据
| 大量的 (kg) | 斜坡角度 (°) | 下落高度 (m) | 重力势能 (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 |
针对三次试验，绘制底部速度（y轴）相对起始高度（x轴）的关系图。这种关系是直线吗？
4·分析
- 对于每一行，使用测量的底部速度计算 1/2 m v^2。将其与重力 PE 柱进行比较。你注意到什么？
- 您的三个试验使用不同的斜坡角度。在相同的起始高度下，仅改变角度会改变最终速度吗？用能量守恒来解释为什么或为什么不。
5·扩展
- 您的重力 PE 柱取决于质量，但测量的最终速度则不然。解释为什么在无摩擦坡道上较重的球不会比较轻的球更快到达底部。
- 真正的斜坡有一些摩擦力，真正的滚动球在滚动时也必须消耗一些旋转能量。您预计真实球的最终速度会比您的无摩擦预测更高还是更低？为什么？
这个实验背后的物理原理
重力势能
球在坡道底部上方的高度在释放前储存了重力 PE——当球滚下时能量预算转化为运动。
动能
在无摩擦斜坡上，当球到达底部时，所有起始 PE 都已转换为 KE，这就是确定其最终速度的因素。