核心概念
物理学
速度
加速度
重力
引言
你有没有在掉东西的时候想过它下落的速度有多快？（如果掉的是易碎品，你当时可能没心思考虑这个问题——你可能正忙着去接住它！）我们都知道重力迫使物体下落。但这对物体下落的速度和冲击力有何影响？例如，物体刚离开你的手时移动得更快，还是在即将触地时更快？在这个科学活动中，你将探索在重力的恒定加速度下，移动物体的时间和行进距离之间的关系。
背景知识
你从经验中知道，当你骑自行车下坡时，很容易加速。重力会给你额外的推动力，所以你不必完全靠踩踏板来发力。你还从经验中知道，坡道越长，你的速度就越快。你感受到重力推动的时间越长，重力使你加速得就越快。最后，你还知道，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，而是一个完全垂直的下降——物体自由落体，重力给予最大的推动力。你肯定不想在自行车上尝试这样！
在自由落体中，重力不断加速物体（增加其速度）——直到达到终端速度。具体来说，重力使下落物体的速度每秒增加 9.8 米每秒 (m/s)。（速度的单位是 m/s，而加速度的单位是米每秒的平方，即 m/s2。）这种恒定加速度如何影响物体随时间推移所行进的距离？在这个实验中，你将把大理石滚下斜坡来找出答案。
材料
长纸板管，例如空的包装纸筒，用来制作斜坡。它的长度至少应为两英尺半。
一本薄书或小木块，用于抬高斜坡的一端。它的厚度应约为二分之一英寸到一英寸。
一把剪刀，用于切割纸板管
记号笔
大理石
计时器。确保它可以准确地计数每一秒。许多手机都有如此精确的计时器。
一把尺子（可选）
一位助手（可选）
准备工作
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拿一个长纸板管，沿着它的一侧（长边）直直地切开。然后沿着另一侧切开，这样你就会得到两个长条，每个都是半圆形。你将使用其中一个条作为大理石的斜坡。
拿起你刚刚切下的其中一个半圆形条，将其一端放在一本薄书或小木块上稍微抬高（厚度不超过一英寸——你希望斜坡的坡度较小，以便大理石不会滚得太快而无法测量）。
使用记号笔在斜坡的高端标记一条起始线，距末端约二分之一英寸。你的斜坡现在可以开始进行大理石滚动活动了！
步骤
将计时器设置为一秒，然后将大理石固定在起始线上。
在你启动计时器的同时，释放大理石（注意不要在松手时推动它）。同时，准备好用记号笔标记大理石在一秒钟后所在的位置。如果你有助手，让他们帮你观察大理石。用记号笔标记大理石在释放后一秒钟所在的位置。大理石移动了多远？
至少重复此过程九次。这意味着你最终应该在斜坡上至少有十个不同的标记，显示大理石每次释放后一秒钟所在的位置。大理石每次移动的距离都相似吗？
重复此过程，但这次标记大理石在释放后两秒钟所在的位置。至少重复 10 次，这样你至少会在斜坡上留下另外 10 个标记。大理石在一秒钟后移动的距离与它在两秒钟后移动的距离相比如何？具体来说，起始线与一秒标记之间的距离与一秒标记和两秒标记之间的距离相比如何？
如果你有尺子，你可以测量大理石每次从起始线滚动的距离。
总的来说，当大理石在斜坡上滚动更长时间时，它移动的距离如何变化？这告诉我们重力对大理石滚动时的速度和加速度有何影响？
额外内容：使用尺子测量你在斜坡上做的标记，并计算大理石滚动一秒和两秒的平均距离（分别平均各时间）。然后绘制结果图表，在一个轴上放置平均行进距离，在另一个轴上放置时间。根据你的图表，当大理石滚动更长时间时，它移动的距离如何变化？
额外内容：尝试使用更长的斜坡重复此活动，例如至少六英尺长的平板（中间有一条凹槽，或另一条笔直的木条沿第一块木板的长度粘合，以作为导向）。将大理石在更长的斜坡上滚动更长的时间（一秒、两秒、三秒等），直到大理石滚过斜坡的末端。每次都在斜坡上标记行进的距离。使用更长的斜坡，重力似乎如何影响大理石在下坡滚动时的速度和加速度？
额外内容：尝试使用不同的球重复此活动，例如橡胶球、大型金属滚珠轴承、乒乓球等。球的类型如何影响它在斜坡上的滚动？
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观察和结果
大理石在坡上滚得越远，速度越快吗？
当物体处于自由落体时，重力使其速度每秒增加 9.8 米/秒。因此，在一秒钟后，物体的下落速度为 9.8 米/秒。两秒钟后，物体的下落速度为 19.6 米/秒。三秒钟后，物体的下落速度为 29.4 米/秒，依此类推。
尽管此活动不是在自由落体中进行的（斜坡的存在提供了阻力来减缓大理石的速度），但相同的原理也适用于此处。在此活动中，重力应该在大理石滚下斜坡时不断加速它。可以通过比较起始线和一秒标记之间的（平均）距离与一秒标记和两秒标记之间的距离来观察到这一点。具体来说，一秒和两秒标记之间的距离应该大于起始线和一秒标记之间的距离，这表明大理石滚得越久，移动得越快。根据你的斜坡设置的具体条件，一秒和两秒标记之间的距离可能约为起始线和一秒标记之间距离的 1.5 到 2.5 倍。
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