用 imagej 影像分析軟體,分析相同小球在不同高度下落時間,並作圖求出重力加速度 g 值。
自由落體
指只受重力作用(不存在空氣阻力的理想狀態)的均勻加速度運動過程。運動過程中重力勢能與動能之和遵守機械能守恆定律。在地球上相同位置與相同高度,自由落體的加速度相同(均為g),與質量無關。
我們可將等加速度運動公式用於自由落體,若初速為 V0,則位移 h 與時間 t 的關係為:
在初速 V0 為零的狀況下,公式(1)可改寫成如下:
由此我們就可以計算小球在不同下降高度h,所花的時間t,並用h - t^2做圖求出重力加速度 g 。
1.我們用 python 依照公式(2):h = 0.5*g*t^2,模擬計算小球在理想狀態 g = 9.8(m/s^2),不同下降高度h,所花的時間t。(如上圖)
2.再近一步用結果將下降高度h與時間平方t^2作圖。(如上圖) 圖中的斜率即為:0.5*g,我們可以求出 g = 9.8(m/s^2)。 因此我們可以用此方法,對實驗數據作圖,算 g 的實驗值。
1.請參考 影片拍攝 的說明,完成落下高度10cm的影片錄製。
2.將影片上傳到 Google 雲端硬碟後,到Google Drive下載影片,並用 FFMPEG 轉檔成 imagej 可以匯入的檔案。(參考影片拍攝)
3.打開終端機執行 imagej ,並匯入的檔案。(請參考 imagej影片分析 )
4. 用 imagej 求出小球落地時間t (s)。
5.改變小球落下高度為 15cm、20cm、25cm、30cm,重複上述步驟。
6.用excel將小球落下高度h(m)與落地時間平方t^2(s^2)作圖。(有疑問請參考 excel 數據擬合 )
7.用斜率求出重力加速度 g 實驗值,並與理論值做誤差。
8.完成課堂學習單。