2011年9月9日 星期五

可以取代打點計時器的實驗

用打點計時器來認識速度是每一年,每一個版本的九年級講到速度時都會用打點計時器來「認識速度」。但是打點計時器在打點時的頻率並不穩定,拉動紙帶時也會受到很大的紙帶重量和摩擦力的影響。

如果只是單純的看點的位置,拉快一點拉慢一點看一下點的距離,或許可以呈現出一些訊息。但是如果真的要做比較嚴謹的實驗,甚至可以搜集到數據,看一些等速度或等加速度運動的模式,打點計時器的這套系統就完全沒辦法用。

之前用了頻閃燈或是閃光燈的頻閃功能,可以在同一張裡面拍攝到很多顆球。不過這個方法,在曝光上面會比較麻煩。通常會過曝,所以背景要弄的比較黑一點。這次我直接用panasonic 小相機裡面的一秒十張來做連拍,作為替代打點計時器的計時工具。

物體則用直徑約為兩公分的大彈珠,在電線壓條上面滾動。軌道下方貼了硬瓦楞紙,讓軌道剛性稍微高一點。但其實如果可以用鋁製軌道加上水平儀的話會更好。記錄位置的工具,就單純用尺。但是一支只有三十公分,所以我拿了三隻尺黏在一起。在讀數據的時候得記得這件事情。

用一點小坡道讓球有一點速度之後,進入水平軌道就可以得到等速度運動。實驗結果在這裡..


把實驗數據畫成圖

相關係數R2=0.9998真是還蠻準的
接著把軌道稍微墊高一點,做斜坡的等加速度實驗。結果如下:



用線性逼近的話,R2為0.9982,用二次多項式逼近,則為0.9999。看到0.9999真是太開心啦。
接著把坡度增加,看看會怎麼樣。實驗結果如下:

如果用線性逼近的話,R2=0.9902,用二次函數逼近,就變成0.9999。和上一個實驗來比較X2的係數,就會看出來比較陡的坡度造成的加速度的改變。



如果用線性逼近,R2=0.9963,用二次函數逼近,則為0.9999。x2係數為正,代表加速度仍然向右。x的係數為-157.87,代表初速度向左。

由於這些數據還蠻準的,所以可以用這些實際在學生面前做出來的實驗數據來讓學生「認識速度」甚至「認識加速度」,然後也可以把這些實驗轉成學生常做的題目。例如等速度運動、等加速度運動的計算題。

如果我們蒐集了十個數據,可以先拿出前面八個數據,然後讓學生看看已知的數據去計算剩下的兩個數據應該是多少。

總之,能很容易的搜集到很多很準確的數據,就有很多搞頭啦!
張貼留言