鐘擺與滾珠

出自 全民科學平台
於 2022年9月29日 (四) 02:31 由 鄭愷修 (對話 | 貢獻) 所做的修訂
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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

參考影片

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)

參考影片

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。