狐狸貓準備了兩個簡單的滑車實驗 邀請你和他一起探討 加速度與「外力」和「總質量」的關係 現在就讓我們準備開始吧！ 這個實驗需要準備的工具有： 定滑輪1組、紙帶1卷、捆線（約100公分）1段、直尺1把、 掛勾砝碼（100公克）6個、棉手套1副、電池與電池座1組、 塑膠玩具車（約300公克）1輛 以及打點計時器1臺 在稍後的實驗中 我們會使用打點計時器加上紙帶來觀察 在不同的外力或不同的總質量下 滑車運動時的速度變化 使用打點計時器的原因是 打點計時器在通電後 會每隔一秒敲擊一次複寫紙並留下打點結果 只要在複寫紙下方固定好連接在玩具車上的紙帶 當玩具車向前滑動而牽動紙帶時 我們就可以根據紙帶上不同位置的打點結果 來瞭解滑車運動時的速度變化 在實驗開始之前 我們需要先做好兩個前置作業 先將紙帶 穿過打點計時器的複寫紙下方 接上電源後 測試打點計時器是否能正常運作 將玩具車的後端連上紙帶 前端連上細線 要特別注意的是： 掛鉤砝碼的離地高度 需要大於玩具車和滑輪間的細線長度 這樣做主要是為了讓玩具車在移動的時候 外力固定 使整個滑車移動的過程維持等加速度運動 狐狸貓迫不及待開始進行實驗 他第一個想確認的是 「外力」與「加速度」的關係 他想了想 外力指的是懸掛的砝碼受到重力作用而產生的拉力 那要怎麼改變外力的大小呢？ 狐狸貓將玩具車靜置於桌上 在玩具車內放置6個砝碼 接著要讓玩具車開始運動 狐狸貓先將玩具車上的兩個砝碼 移動到線的前端綁上 打開打點計時器的電源後 放手讓玩具車前進 等玩具車前進到接近桌子邊緣時 再以手按住 測得玩具車運動時牽動紙帶的打點結果如圖1 接著狐狸貓再從玩具車上拿兩個砝碼 綁到前端的線上 現在前端的線上有4個砝碼 打開打點計時器後讓玩具車前進 測得的打點結果如圖2 最後狐狸貓將玩具車上剩餘的兩個砝碼 也移動到線的前端 線的前端現在有6個砝碼 測得的打點結果如圖3 在比較結果前 狐狸貓先釐清實驗中相同的部分 每一次實驗的總質量都是相同的 也就是滑車的質量加上6個砝碼的質量 接著狐狸貓比較3次實驗的打點結果 在總質量相同的前提下 當外力越大時 點與點之間的間隔會越大 因為打點計時器固定每隔1秒在紙帶上記錄1點 所以當點與點的間隔越大時 代表滑車的速度越快 滑車在一開始都是靜止的 在相同時間內速度變化量越大 表示滑車產生的加速度越大 從3次實驗的打點結果 狐狸貓有幾個發現： 在3次實驗的總質量皆相同的前提下 使用兩個砝碼拉動玩具車前進的實驗圖1 每秒打點的間隔最小 代表玩具車在1秒內移動的距離最短 產生的加速度在3次實驗中最小 而使用6個砝碼 拉動玩具車前進的實驗圖3 每秒打點的間隔最長 代表玩具車在1秒內移動的距離最長 產生的加速度在3次實驗中最大 狐狸貓根據實驗結果 整理出結論： 在總質量相同的情況下 當外力越大時 物體產生的加速度會越大 瞭解外力與加速度的關係後 狐狸貓接著想探討 總質量與加速度的關係 總質量指的是滑車的質量加上砝碼的質量 狐狸貓首先在線的前端綁上兩個砝碼 打開打點計時器的電源後 放手讓玩具車移動 等玩具車移動到接近桌子邊緣時 再以手按住 測得玩具車運動時牽動紙帶的打點結果如圖4 接著　他在玩具車上加入兩個額外的砝碼 前端一樣由兩個砝碼拉動玩具車向前 測得的打點結果如圖5 最後　他在玩具車上再加入了額外的兩個砝碼 現在玩具車上共有4個砝碼 前端一樣由兩個砝碼拉動玩具車向前 測得的打點結果如圖6 在比較結果前 狐狸貓先釐清實驗中相同的部分 在每一次的實驗中 外力都是由兩個砝碼拉動玩具車前進 因此3次實驗的外力都是相同的 接著狐狸貓比較3次實驗的打點結果 在外力相同的前提下 當總質量越大時 點與點之間的間隔會越小 如同前面提過的 打點計時器固定每隔1秒在紙帶上記錄1點 所以當點與點的間隔越小時 代表滑車的速度越慢 滑車在一開始都是靜止的 在相同時間內速度變化量越小 表示滑車產生的加速度越小 從3次實驗的打點結果中 狐狸貓發現： 在外力相同的情形下 玩具車內沒有放置砝碼的實驗圖4 每秒打點的間隔最大 代表玩具車在1秒內移動的距離最長 產生的加速度在3次實驗中最大 而玩具車內放置了4個砝碼的實驗圖6 每秒打點的間隔最小 代表玩具車在1秒內移動的距離最短 產生的加速度在3次實驗中最小 狐狸貓根據實驗結果 整理出了「總質量」對「加速度」的關係： 在物體所受外力相同的情況下 當總質量越大時 物體產生的加速度會越小 而當總質量越小時 物體產生的加速度會越大 狐狸貓藉由實驗瞭解了「外力」 「總質量」和「加速度」間的關係 他將實驗結果記錄下來： 在總質量相同的情況下 當外力越大時 物體產生的加速度會越大 在物體所受外力相同的情況下 當總質量越大時 物體產生的加速度會越小 而當總質量越小時 物體產生的加速度會越大 最後 狐狸貓邀請螢幕前的你 和他一起來腦力激盪！ 在滑車實驗中 外力方向 與玩具車移動方向成90度 試著想想看 如果改以手拉滑車 且出力大小與懸吊砝碼所受的重力相同 玩具車產生的加速度會變大、變小或是不變呢？ 為什麼？