探究积雪在倾斜屋顶上的滑动规律

近日，微主在今日头条里面看到一个小视频，视频记录了积雪从倾斜房顶上逐渐滑落的全过程。这个视频对于外行来说就是一种有趣的现象，但是对于高中物理教师来说，那就是一条难得的教学资源。

视频回放

面对在生活中真实发生的“物体在斜面上加速运动”的情景，物理教师怎么不会怦然心动呢？

微主连忙把视频下载到电脑上，利用视频播放器KMPlayer进行逐帧播放，发现该视频每秒钟有30帧。

于是，决定以30帧、即1秒为时间单位，测量积雪经过不同时间内的在倾斜屋顶上滑动的位移。

视频截屏

由于积雪在下滑的时候，在屋顶上有一些残余的雪块，这些雪块可以作为位移测量的起点。

用视频播放器将视频逐帧播放，在第1秒、第2秒…第13秒等特殊时刻，用刻度尺在电脑屏幕上测量积雪下滑的画面位移。

微主是将上述时刻的画面截屏，复制到几何画板中，在几何画板中构造一条线段，确保线段的一个端点与残留雪块重合，另一个端点与积雪的上边缘重合，然后几何画板就会直接给出这两点之间的距离。

将测得的位移、时间数据录入电子表格，绘制以时间为横轴、以位移为纵轴绘制散点图，可得位移与时间的关系图像。

位移-时间关系图像

观察位移与时间的关系图像，可以发现与抛物线很相像。难道位移与时间的平方是正比关系吗？

实际上，人们很容易能分辨出一条曲线是不是直线，但是很难分辨出一条曲线是什么性质的曲线。为了检验位移与时间平方的关系是不是正比例，必须以时间平方为横轴、以位移为纵轴绘制散点图，得到位移与时间平方的关系图像。

位移-时间平方关系图像

事实总是与人们的美好愿望有所不同，可以发现位移与时间平方的关系图像并不是一条过原点的倾斜直线。

速度-时间关系图像

由于时间间隔都是1秒，可以参照打点计时器纸带分析方法，测算出每一个瞬间的速度，并绘制速度时间关系图像，发现速度时间图像也不是一条过原点的倾斜直线。

鉴于在本次项目研究中，对时间测量的精确度是1/30秒，对位移测量的精确度为0.01厘米，考虑到几何画板中的“点”有一定的大小，除了第1秒的位移测量不太可靠以外，其他数据都十分精准，则可以对积雪在倾斜屋顶上的滑动规律做如下描述：

在低速条件下，积雪滑动的加速度基本保持不变；在高速条件下，积雪滑动的加速度随着速度的增大而逐渐增大。

| 创客焦作 | 

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