本实验在探讨弹力常数较小的弹簧(即弹簧铅直悬挂时

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1、摘要本實驗在探討彈力常數較小的彈簧（即彈簧鉛直懸掛時，受重力影響即可伸長的彈簧）鉛直懸掛，待其靜止後使其落下，彈簧底部的暫時性靜止的現象猶如地心引力消失一般。利用攝影技術，將彈簧落下過程合成為一張合成圖以利觀察。我們由合成圖中發現：(1)彈簧鉛直落下過程中彈簧底部有暫時性靜止的現象；(2)彈簧頂端落下過程為近似等速度運動的現象；(3)當底部開始運動之後，整體彈簧質心受重力作用作等加速度運動，但彈簧頂端部分瞬間速度有減緩（相較(2)之速度）現象。因此我們進一步設計一連串的實驗，研究彈簧基本物理量與此現象間的關係，但其關係並不明顯，最後將彈簧落下過程的運動模式加

2、以模擬、討論。壹、實驗動機在基礎物理討論彈簧問題時，買了玩具彈簧來觀察力平衡現象，發現彈簧垂直懸吊，在上端釋放後落下的過程中，底部似乎有暫時性靜止的現象，於是我們請教物理老師，老師鼓勵我們做深入研究，因此展開我們的實驗。貳、實驗目的一、彈簧鉛直落下過程彈簧底部是否靜止的觀察二、彈簧基本測量三、鉛直彈簧縱波波速的測量四、彈簧鉛直落下過程彈簧底部停留時間與彈簧性質間的關係探討五、彈簧落下過程的運動模式探討1參、【實驗一】彈簧鉛直落下過程彈簧底部是否靜止的觀察一、實驗原理以攝影的方式證明彈簧頂端開始運動後彈簧底部暫時性靜止的現象。利用運動的物體在長時間曝光後產生殘

3、影的現象證明之。即只要彈簧底部在某影格內沒有殘影出現，即證明彈簧底部在該影格為靜止的。二、實驗器材(一)彈簧三小組每組四條共12條(二)自由落體實驗組儀器之鐵架(三)棉線(四)數位相機（錄影每秒30格相當於單位：1/30秒）(五)相機腳架(六)打火機(七)ACDsee秀圖軟體(八)PhotoImpact10影像處理軟體(九)光電計時器（單位：0.001秒）(十)投影機三、實驗過程與方法此一實驗我們以數位相機與光電計時器同步紀錄，以數位相機拍攝彈簧落下的完整過程，以光電計時器測量彈簧底部開始運動的時間（即頂端開始運動至底部開始運動之時間差）。(一)彈簧完整運動

4、過程之紀錄1.以棉線將彈簧鉛直懸掛於鐵架上（如右圖）。2.將皮尺掛於鐵架上，並將皮尺盡量靠近彈簧，以避免因彈簧到數位相機與皮尺到數位相機的距離不同而產生誤差。3.以一投影機對彈簧打光，使彈簧線圈產生反光，以便圖像的觀察。4.將數位相機架於腳架上，並將腳架高度調至與彈簧中心懸掛長度一半處等高。5.待彈簧靜止後，啟動相機，並以打火機燒斷棉線，使彈簧自由落下。6.將所得之影片以ACDsee秀圖軟體擷取為影像（每秒30張）。7.以PhotoImpact10影像處理軟體將所得之影像合成為一張圖片以利觀察，合成方法如下：(1)將以ACDsee秀圖軟體轉換後之影像依序開啟

5、。(2)開啟一新空白影像。(3)將未運動的那一張影像連同皮尺一起剪下，貼至新空白影像中。(4)依序貼上其他影像，每一張的影像大小必須相等，選取位置也必須相同。(5)自頂端開始運動的彈簧，頂端拉一直線到底部開始運動的前一張彈簧頂端，並將直線延伸。2(6)自第一格彈簧底部拉一直線到底部開始運動的前一張彈簧底部，並將直線延伸。8.重複1.至7.每個彈簧做五次。（以Ｉ彈簧為例，如下頁圖）（該圖是經等比例合成，故雖是合成圖，仍相當精準。）(二)彈簧底部開始運動的時間（頂端開始運動至底部開始運動之時間差）之測量1.將光電計時器功能調至Ａ組（彈簧頂端）光束被阻斷則啟動，Ｂ

6、組（彈簧底部）光束被阻斷即停止。2.以棉線將彈簧掛於鐵架上，上下各放一光感應器，待其靜止後，將頂端之光感應器對準於第一線圈下方，底部光感應器則貼近彈簧底端（如右圖）。3.以打火機燒斷棉線使彈簧自由落下，彈簧頂端的第一線圈落下瞬間啟動頂端之光感應器，彈簧底部運動啟動底部之光感應器。4.光電計時器所記錄之時間即為彈簧頂端運動後底部之停留時間。5.重複1.至4.共五次，將數據列表（以Ａ彈簧為例，如下頁表格）。彈簧代號第一次第二次第三次第四次第五次A0.070s0.062s0.060s0.058s0.063s0.063s3平均秒數四、實驗數據與數據分析(一)彈簧運

7、動過程之影像（因版面限制，故只將每個彈簧五次實驗中的第一次放上。）1.Ａ彈簧(由圖中可發現彈簧頂端A為近似等速度落下，且底部暫時性靜止)2.Ｂ彈簧(由圖中可發現B彈簧頂端為近似等速度落下，且底部暫時性靜止)43.Ｃ彈簧(由圖中可發現彈簧C頂端為近似等速度落下，且底部暫時性靜止)4.Ｄ彈簧(由圖中可發現彈簧D頂端為近似等速度落下，且底部暫時性靜止)55.Ｅ彈簧(由圖中可發現E彈簧頂端為近似等速度落下，且底部暫時性靜止)6.Ｆ彈簧(由圖中可發現F彈簧頂端為近似等速度落下，且底部暫時性靜止)67.Ｇ彈簧(由圖中可發現G彈簧頂端為近似等速度落下，且底部暫時性靜止)8

8、.Ｈ彈簧(由圖中可發現H彈簧頂端為近似等速度落下，且