滾動競賽

關於這個模擬實驗

滾動競賽讓四個質量和半徑相同的物體從斜坡靜止釋放。學生可以改變斜坡角度和重力，並按「再賽一次」重新開始。讀數顯示抵達次序、冠軍時間、圓環與球體的時間比率，以及加速度。此模擬說明滾動物體會把能量分配於平移與自轉之間，因此轉動慣量因數 k 決定加速度。實心球體必定勝出，圓環則必定最後抵達。

學生可以探索什麼

預測抵達次序，然後進行比賽，並核對「抵達次序」。
提高斜坡角度，看看哪些時間會改變，而哪個次序會保持不變。
將重力降至 1.6 m/s²，並將「冠軍時間」與地球重力下的時間作比較。
讀取球體和圓環的「加速度」讀數，並加以比較。
按「再賽一次」，每次都觀察圓環落後於球體。

學習目標

1解釋為什麼形狀會影響沿斜坡下滾的加速度。
2說明轉動慣量與質量離軸分布的關係。
3預測滾動物體的抵達次序。
4認識到在滾動加速度中，質量和半徑會相互抵消。

教師常問的問題

滾動競賽模擬是免費的嗎？

是。它免費使用，無需註冊，並可在任何現代瀏覽器上運行，包括電子白板、平板電腦和 Chromebook。

為什麼實心球體會勝出？

它質量離軸較遠的部分最少，因此較少能量用於自轉，而有更多能量用於沿斜坡向下運動。圓環的質量全部分布於邊緣，因此最慢。

我應如何使用？

設定斜坡角度和重力，然後按「再賽一次」。讀取抵達次序和時間。最後一名抵達後數秒，比賽也會自動重新開始。

較重的圓環會勝過較輕的球體嗎？

不會。質量在方程中相互抵消，因此只有形狀重要。較重和較輕的圓環所需時間相同，而且兩者都會輸給任何球體。

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