斜坡和负载：斜坡上的加速
1·预测
如果您从静止状态释放负载并使坡道角度变陡，那么相同时间后其速度会发生什么变化？
- 它加速得更快——更陡的斜坡提供更大的加速度。
- 它达到相同的速度——角度不会影响它的加速速度。
- 它加速得更慢——更陡的斜坡提供更小的加速度。
2·设置
- 打开力学沙箱中的“Ramp & Load”预设。
- 选择坡道并使用检查器设置此试验的倾斜角度。
- 将负载从顶部静止释放，并在列出的经过时间后从探头读取其速度。
3·收集数据
| 坡道角度 (deg) | 负载质量 (kg) | 经过时间 (s) | 速度 (m/s) | 动能 (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
针对固定1秒的各次试验，绘制速度（y轴）相对斜坡角度（x轴）的关系图。这种关系是直线吗？
4·分析
- 使用 v = g sin θ · t，计算每行的预期速度并将其与从探头读取的值进行比较。
- 在所有三个试验中，当角度发生变化时，负载质量保持固定在 3 kg。关于无摩擦坡道上的质量和加速度之间的关系，这告诉您什么？
5·扩展
- 两个不同质量的负载同时从同一角度释放。哪一个先到达底部？使用您的数据来证明您的答案。
- 真正的坡道有摩擦力。如果这个斜坡不是无摩擦的，那么测量的速度会高于还是低于您的 v = g sin θ · t 预测，为什么？
这个实验背后的物理原理
动能
当负载沿着斜坡加速时，其动能与其速度的平方成正比——速度加倍，动能变为四倍。
重力势能
在无摩擦坡道上，负载下降时失去的重力 PE 完全转化为它获得的动能——没有任何热量损失。