鐘擺與滾珠

原始設計者：陳亮洲

簡介：

操作滾珠實驗器材、牛頓擺…等，說明加速度、時間變化量、速度變化量、重力…等概念。

活動說明

目的

讓學生能夠實際看到等時性運動的實驗，並且熟記其原理。

原理

擺的等時性，以及週期運動

PhET

1. Pendulum Lab_鐘擺實驗室。
2. Energy Skate Park_能量滑板競技場。

活動一：擺等的時性

場地

• 在室內進行課程，需準備桌椅

材料準備

• 單擺 一組
• 滾珠實驗器材 一副

活動流程

重現伽利略的鐘擺與滾珠實驗，並讓孩子嘗試 鐘擺的高度為何來回高度差不多，珠子在大碗中的滾動，來回高度差不多？ 將過程引導至加速度、時間變化量、速度變化量、重力

活動二：動者恆動靜者恆靜

場地

• 在室內進行課程，需準備桌椅

材料準備

• 牛頓擺 一組

活動流程

1. 拿出牛頓擺，讓同學觀察牛頓擺的運作過程，1顆、2顆、3顆球的狀態
2. 牛頓擺的運作原理
3. 在過程中，延伸伽利略的實驗，討論兩者間的相同之處(位能與動能的互換)

探究問題

牛頓擺中，為何拿起第一顆球放開後，只有最後一顆球會往上擺

Ans: 可以一次看兩顆，第一顆球與第二顆球質量相同，因此彈性碰撞之後速度會交換(v₁=v,v₂=0變成v₁=0,v₂=v)。接著同理，v₂又變成0而v₃變成v...直到最後一顆球以速度v彈起為止。

如果牛頓擺失敗，可能的原因有哪些？

Ans:

• 線的長度不同，小球無法互相擊中質心。
• 小球之間質量不相同

在碗裡放滾珠，為何來回高度差不多?甚麼原因導致高度有差?

Ans: 珠子的能量前後接近守恆。滾動時無法避免的摩擦力導致能量損耗。