牛顿力学
自由落体
验证真空中所有物体不论质量都以相同加速度 下落,且下落距离满足 。读取滑块上的时间与加速度,将距离–时间图与理论曲线对照。
器材
- 从同一高度同时释放的虚拟轻重两物体
- 时间滑块 t(0–40 s)与加速度参数滑块 g(0.4–4.0 m/s²)
- 下落距离–时间图与暂停按钮
- 读数 ()
实验步骤
同时释放两物体
将参数滑块设在 g ≈ 4.0 m/s² 并推进时间滑块:重物与轻物始终处于同一高度——忽略阻力时,下落加速度与质量无关。
验证下落距离
在图2中用滑块读取时间 t,将图上的点与 比较:t = 2.0 s、g = 9.8 m/s² 时 s ≈ 19.6 m。曲线为抛物线——距离随时间平方增长。
改变重力并预测
把参数滑块调至最小 g,在同一时刻 t 暂停:两物体仍一起下落但更慢——s–t 曲线按 g 的比例变平。预测 t 固定时 g 减半的 s 值,再在图上验证。
模拟
实验历史
伽利略·伽利莱质疑亚里士多德“重物落得更快”的说法。17世纪初的斜面实验表明滚动距离与时间平方成正比——从比萨斜塔投物的传说由其学生维维亚尼记述,但缺乏直接证据。
艾萨克·牛顿把这一结果纳入体系:在《原理》(1687年)中引力正比于质量,而惯性恰好以同样的质量阻碍运动,故任何物体都有 。1971年,阿波罗15号宇航员戴维·斯科特在月球上同时放开锤子和羽毛——两者在镜头前同时落地。