建議活動教學

1.	將數據收集器與電腦接駁。
2.	將運動感應器的接駁線插到數據收集器上面。
3.	啟動已安裝在電腦的軟件，為今次活動新增一個檔案。
4.	設定時間、距離、速率及加速率，作為數據收集器要記錄的數據。
5.	預備繪出距離對時間、速率對時間及加速率對時間的圖表。

實驗設定

將運動感應器設置在桌子的邊沿 (如下圖 )，確定四周有足夠的活動空間。將電腦顯示器放在實驗進行時可清楚看到的位置，方便觀察實驗進行時各圖表變化。

收集數據

將手放在運動感應器前方，再啟動軟件中的開始收集數據功能。當手在前後移動時，留意在顯示器所繪出的圖線，嘗試做出不同斜度之直線。

總結及擴展問題

1.	距離對時間的圖線斜度與速率的圖線有何關聯 ?
2.	試描述一下加速率對時間的圖線 ?
3.	嘗試做出一幅不同加速率對時間的圖線及描述你的動作。

下載工作紙

如何証明鐘擺是穩定的?

簡介

鐘擺是一個能十分準確量度時間的裝置，經常應用在鐘錶上。因此，在製造鐘錶前，必須先暸解鐘擺的原理。

如鐘擺擺動一次的時間與擺動幅度的關係，鐘擺在擺動時速度的改變等。

我們可利用數據收集器去找出這些問題的答案。

每次完整的擺動稱為週期，而擺動的幅度稱為振幅。

實驗設定

如上圖所示安裝實驗儀器

	將位置或角度感應器接駁到數據收集器，並將數據收集器與電腦接駁好。
	設定電腦的軟件，預備量度擺臂的位置，量度時間每次 10至 30秒。
	在開始鐘擺運動後，啟動電腦開始量度。
	當鐘擺在靜止狀態時，調較感應器，將電腦的讀數設定為零。
	如鐘擺尚未開始移動時，不要開始收集數據。
	重複收集數據的過程。

計劃設定

實驗的目的是要找出擺動的幅度與擺動一次所需的時間之關係，所以需要量度數次不同幅度的擺動。要先決定由大角度的擺動開始，再逐次減少擺動的角度；也可由小角度開始，再逐漸加大擺動角度。

研究問題

1.	在收集到的圖線中，當鐘擺的位置在正中時，有哪些特性呢 ?
2.	從所繪出的圖線中，找出不同幅度的擺動時，完成一個週期所需的時間。
3.	在收集到的結果中，有哪些相似的地方 ?這與鐘擺運動應用在時鐘上有何關聯 ?
4.	利用電腦中的軟件，找出在圖線不同位置的斜率。在圖上標示出下列位置鐘擺的最高速度鐘擺的最低速度鐘擺的速度正在上升鐘擺的速度正在下降

擴展問題

	鐘擺的重量會對擺動的週期有何影響 ?
	可設計一個實驗去量度不同重量的鐘擺的擺動週期 ?

衝量及動量

簡介

衝量是指平均加於物體的力乘以時距，而衝量與物體的動量變化關係如下：

在此我們只考慮運動方向與力是在一條直線上。平均力，是加於物體上的淨力。在此實驗中，其中一力是主導的情況下，我們就會加於物件上最大的力作計算及分析。

此實驗會讓一輛車子在水平的軌道上行走。繫於車子的橡膠繩由放鬆到拉緊，到最後回復放鬆狀態的期間，車子的動量會隨之改變。當車子向前行走時橡膠繩會拉緊伸展並產生出一個隨時間增加的力，直至車子停下來，然後車子會改變前進方向，而橡膠繩亦很快回復放鬆的狀態。在此實驗中我們會用力感應器去量度橡膠繩所產生的力，運動感應器量度車子的速率，並利用數據收集軟件去計算出在一時距中的平均力，便可測試到衝量與動量之關係。

學習目標

·	· 量度車子的動量改變，並與它所受到的衝量比較。
·	· 比較在衝量中的平均力及最大之力。

實驗儀器

已接駁電腦之數據收集器
運動感應器
力感應器
車子及軌道
橡膠繩
繩

步驟

1.	量度車子的重量，並記錄在數據表中。
2.	將運動感應器及力感應器與數據收集器連接，並重設力感應器。
3.	開啟數據收集器軟件及實驗工作紙。
4.	將軌道放置於水平的平面上。可將車子放置在軌道上，如車子不會向任何一邊移動就是水平位置；如不，就須再調較軌道。
5.	將橡膠繩的一端固定在車子上，另一端綁上繩子。將繩子固定在力感應器上。要留意選擇的繩子長度，必須能讓車子在軌道上自由行走，並在車子到達軌道邊緣時拉停車子。將力感應器固定在支架上，以致繩子及繩子在車子行走時是成一直線的。
6.	將運動感應器放置於軌道的另一端，能清楚偵測到車子在軌道上的運動。應留意橡膠繩拉直時的長度，車子與運動感應器不可太接近，要保持最少 0.4 厘米的距離。
7.	將力感應器重設至零。
8.	嘗試將車子向運動感應器推動，並彈回到你的手中。留意在過程中，力感應器不可移動，而車子也須保持在軌道中。將繩子及橡膠繩放在不會影響車子前進的位置，你可能需要用手引導繩子及橡膠繩的位置；要注意在過程中你不會影響到車子的運動及力感應器。
9.	啟動數據收集器軟件，推動車子並確定運動感應器能偵測到車子的運動。檢查力的數據，如果圖線的頂峰變平，即代表所用的力太強，未能記錄下數據；這樣，就要用較小的速度開始實驗。如速度的圖線在穿過Ｘ軸時造成一個平區域，就可能是由於車子與運動感應器的距離太接近，需要再做一次。
10.	當你得到了一次可用的數據後，就可用作驗證衝量與動量的關係。利用數據收集軟件去計算衝量前後車子的速度。將得到的結果記錄在數據表中。
11	跟著就要計算出衝量的時距。在力與時間的圖表中先找出力的平均值，並同時留意用來計算這個平均值的時距。將得到的結果記錄在數據表中。
12	重複步驟 9 - 11，並將得到的結果記錄在數據表中。
13	以另一種彈性物質代替固定在車子上的橡膠繩，可將兩條彈性帶連接起來，代替橡膠繩。
14	重複步驟 9 - 12，並將得到的結果記錄在另一數據表中。

數據表

車子的重量

千克

試驗	結束速度	開始速度	速度變化	平均力 F	時距	衝量
彈性物料 1	(m/s)	(m/s)	(m/s)	(N)	(s)	(N*s)
1
2

彈性物料 2
1
2

試驗	衝量	動量變化	衝量與動量變化的區別百分比
彈性物料 1	(N*s)	(kgm /s) or (Ns)	(N*s)
1
2

彈性物料 2
1
2

分析

1.	計算出速度的改變，並記錄在數據表中。用車子的重量及車速的改變去計算動量的改變作為衝量的值。將這些計算的數值記錄在數據表中。
2.	利用平均力及時距，計算每次實驗的衝量。將這些計算的數值記錄在數據表中。
3.	如衝量與動量的定理是正確的，在每次的實驗中動量的變化會等於衝量。而實驗中的測量誤差，如摩擦、軌道的移動、力感應器的移動及運動感應器的移動等，在每次實驗中會是接近相同的。其中一個方法是比較衝量及動量變化的百分比區別。將兩者的相差除以兩者的平均數再乘以 100% 。你的實驗結果有多接近呢？你所得到的數據是否與衝量與動量的定理脗合？
4.	請檢視力對時間的圖線形狀。力的平均值與最高力的值是否有顯著不同？試想想有沒有其它方法可以用較小的力造成相同的衝量？
5.	當換上另一種彈性物料時，你得到的圖線有哪些不同？你認為圖線形狀與物料之間是否有關係？
6.	當你使用較僵硬或較緊的彈性物料時，對衝量有何影響？這如何影響到力的最大值？你能夠從這些觀察中得出一條一般規則嗎？

擴展問題

.	可試用更多不同的彈性物料重複實驗。