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牛顿力学

匀速直线运动

观察匀速直线运动及其线性 x–t 图。验证 x=x0+vtx = x_0 + vt、s=∣v∣ts = |v|t:位置图的斜率即速度。

初中

器材

  • 沿直线运动点的3D模型(带轨迹)
  • 扫掠运动过程的时间滑块
  • 调节速度的参数滑块
  • x–t 图与物理量读数行

实验步骤

  1. 读取 x–t 图的斜率

    运行模拟并拖动时间滑块:运动点匀速前进,x–t 图为直线。取两点测斜率 Δx/Δt\Delta x/\Delta t,与速度读数对照。

  2. 改变速度

    拖动参数滑块:速度越大图线越陡,相同时间内点走得更远。试试负值:斜率变号、点反向运动——区分有符号的速度 vv 与速率 ∣v∣|v|。

  3. 预测未来位置

    选一个尚未到达的时刻 t,由读数 x0x_0 和 vv 计算 x=x0+vtx = x_0 + vt,再把滑块拖到该时刻,在图上核对预测。

模拟

实验历史

匀速运动的概念与亚里士多德物理学相悖——后者认为一切运动都需要持续的力。伽利略通过斜面实验(约1600–1604)论证,理想光滑水平面上的物体将永远运动下去:即惯性思想。 笛卡尔在1637–1644年明确表述惯性法则;牛顿在《原理》(1687)中将其规范为第一定律:不受力的物体保持静止或匀速直线运动。这是全部经典运动学的基础。

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