核心概念
物理學
速度
加速度
重力
引言
你有沒有在掉東西的時候想過它下落的速度有多快？（如果掉的是易碎品，你當時可能沒心思考慮這個問題——你可能正忙著去接住它！）我們都知道重力迫使物體下落。但這對物體下落的速度和衝擊力有何影響？例如，物體剛離開你的手時移動得更快，還是在即將觸地時更快？在這個科學活動中，你將探索在重力的恆定加速度下，移動物體的時間和行進距離之間的關係。
背景知識
你從經驗中知道，當你騎腳踏車下坡時，很容易加速。重力會給你額外的推動力，所以你不必完全靠踩踏板來發力。你還從經驗中知道，坡道越長，你的速度就越快。你感受到重力推動的時間越長，重力使你加速得就越快。最後，你還知道，坡度越陡，你的速度就越快。你能想象到的最陡的“坡”根本不像坡，而是一個完全垂直的下降——物體自由落體，重力給予最大的推動力。你肯定不想在腳踏車上嘗試這樣！
在自由落體中，重力不斷加速物體（增加其速度）——直到達到終端速度。具體來說，重力使下落物體的速度每秒增加 9.8 米每秒 (m/s)。（速度的單位是 m/s，而加速度的單位是米每秒的平方，即 m/s2。）這種恆定加速度如何影響物體隨時間推移所行進的距離？在這個實驗中，你將把大理石滾下斜坡來找出答案。
材料
長紙板管，例如空的包裝紙筒，用來製作斜坡。它的長度至少應為兩英尺半。
一本薄書或小木塊，用於抬高斜坡的一端。它的厚度應約為二分之一英寸到一英寸。
一把剪刀，用於切割紙板管
記號筆
大理石
計時器。確保它可以準確地計數每一秒。許多手機都有如此精確的計時器。
一把尺子（可選）
一位助手（可選）
準備工作
支援科學新聞報道
如果你喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞報道來支援我們。 訂閱。透過購買訂閱，你將幫助確保未來有關於塑造當今世界的發現和想法的有影響力的故事。
拿一個長紙板管，沿著它的一側（長邊）直直地切開。然後沿著另一側切開，這樣你就會得到兩個長條，每個都是半圓形。你將使用其中一個條作為大理石的斜坡。
拿起你剛剛切下的其中一個半圓形條，將其一端放在一本薄書或小木塊上稍微抬高（厚度不超過一英寸——你希望斜坡的坡度較小，以便大理石不會滾得太快而無法測量）。
使用記號筆在斜坡的高階標記一條起始線，距末端約二分之一英寸。你的斜坡現在可以開始進行大理石滾動活動了！
步驟
將計時器設定為一秒，然後將大理石固定在起始線上。
在你啟動計時器的同時，釋放大理石（注意不要在鬆手時推動它）。同時，準備好用記號筆標記大理石在一秒鐘後所在的位置。如果你有助手，讓他們幫你觀察大理石。用記號筆標記大理石在釋放後一秒鐘所在的位置。大理石移動了多遠？
至少重複此過程九次。這意味著你最終應該在斜坡上至少有十個不同的標記，顯示大理石每次釋放後一秒鐘所在的位置。大理石每次移動的距離都相似嗎？
重複此過程，但這次標記大理石在釋放後兩秒鐘所在的位置。至少重複 10 次，這樣你至少會在斜坡上留下另外 10 個標記。大理石在一秒鐘後移動的距離與它在兩秒鐘後移動的距離相比如何？具體來說，起始線與一秒標記之間的距離與一秒標記和兩秒標記之間的距離相比如何？
如果你有尺子，你可以測量大理石每次從起始線滾動的距離。
總的來說，當大理石在斜坡上滾動更長時間時，它移動的距離如何變化？這告訴我們重力對大理石滾動時的速度和加速度有何影響？
額外內容：使用尺子測量你在斜坡上做的標記，並計算大理石滾動一秒和兩秒的平均距離（分別平均各時間）。然後繪製結果圖表，在一個軸上放置平均行進距離，在另一個軸上放置時間。根據你的圖表，當大理石滾動更長時間時，它移動的距離如何變化？
額外內容：嘗試使用更長的斜坡重複此活動，例如至少六英尺長的平板（中間有一條凹槽，或另一條筆直的木條沿第一塊木板的長度粘合，以作為導向）。將大理石在更長的斜坡上滾動更長的時間（一秒、兩秒、三秒等），直到大理石滾過斜坡的末端。每次都在斜坡上標記行進的距離。使用更長的斜坡，重力似乎如何影響大理石在下坡滾動時的速度和加速度？
額外內容：嘗試使用不同的球重複此活動，例如橡膠球、大型金屬滾珠軸承、乒乓球等。球的型別如何影響它在斜坡上的滾動？
[分隔]
觀察和結果
大理石在坡上滾得越遠，速度越快嗎？
當物體處於自由落體時，重力使其速度每秒增加 9.8 米/秒。因此，在一秒鐘後，物體的下落速度為 9.8 米/秒。兩秒鐘後，物體的下落速度為 19.6 米/秒。三秒鐘後，物體的下落速度為 29.4 米/秒，依此類推。
儘管此活動不是在自由落體中進行的（斜坡的存在提供了阻力來減緩大理石的速度），但相同的原理也適用於此處。在此活動中，重力應該在大理石滾下斜坡時不斷加速它。可以透過比較起始線和一秒標記之間的（平均）距離與一秒標記和兩秒標記之間的距離來觀察到這一點。具體來說，一秒和兩秒標記之間的距離應該大於起始線和一秒標記之間的距離，這表明大理石滾得越久，移動得越快。根據你的斜坡設定的具體條件，一秒和兩秒標記之間的距離可能約為起始線和一秒標記之間距離的 1.5 到 2.5 倍。
更多探索 斜面，來自物理課堂
加速度，來自加州大學伯克利分校
距離和恆定加速度，來自科學夥伴
適合所有年齡段的科學活動！，來自科學夥伴
此活動由科學夥伴合作提供