学生分组实验

实验滚摆演示目的1．通过滚摆的滚动运动演示机械能守恒；2．演示滚摆的平动转动动能之和与重力势能之间的转化。

实验原理滚摆滚动下落的重力势能变为滚摆饶过质心的轴转动的动能和质心平动的动能。

机械能守恒定律告诉我们滚摆的重力势能与滚摆的动能之和保持不变。

操作说明1．将滚摆轴保持水平，均匀使悬线绕在轴上，待滚摆到达一定高度，使轮在挂绳悬点的正下方，放手使其平稳下落；2．在重力作用下，重力势能转化为轮的转动动能。

轮下降到最低点,轮的转速最大，转动动能最大，然后又反向卷绕挂绳，转动动能转化为重力势能,轮的转速减小，位置升高。

如此可多次重复。

注意事项：切勿使滚摆左右摆动或扭转摆动。

实验拓展1，试分析滚摆下落速度（平动）与位置高度的关系。

2，试分析滚摆上下平动运动的周期与轴径的关系。

3，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆质量的关系。

4，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆转动惯量的关系实验静电滚筒演示目的本实验是演示尖端放电而产生的力学效应实验原理本实验是演示尖端放电而产生的力学效应。

可绕中轴转动的绝缘塑料筒（矿泉水瓶），表面粘有一些横条形导体箔，作为演示滚筒，滚筒两边与滚筒中轴平行安置放电电极杆，在杆上设置若干垂直于电极杆但指向滚筒切线方向的尖针作为放电的尖端。

当两个电极杆之间加上高电压时，放电将通过电极杆、尖针和筒上横条，在滚筒附近发生，尖针放电所产生的带电粒子冲击滚筒而产生力矩使滚筒转动。

操作说明1．将静电高压电源输出端接到两个电极杆上，将接地线接触地板；2．开启高压电源，调节高压输出电压V（15~20KV），两电极杆分别带上正、负电荷后, 绝缘塑料筒在静电尖端放电形成电风的作用下转动；3．断电后，绝缘塑料筒也将随之停止转动。

实验锥体上滚演示目的1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，加深了解在重力场中，物体总是以降低重心、趋于稳定的规律。

2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。

实验原理锥体与轨道的形状，它们配合起来巧妙地利用了质心运动定理，而给人以向上滚动的错觉。

实际上锥体的质心由轨道的开口端向闭口端是逐渐升高的,大家实际测量一下就明白了操作说明1．把双圆锥体放在V字形轨道的低端(即闭口端)，松手后锥体便会自动地滚上这个斜坡，到达高端(即开口端)后停住。

注意事项:1．不要将锥体搬离轨道!2．锥体启动时位置要正（即锥体骑在轨道上且使其轴线垂直于两轨道的角平分线的状态），防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。

实验拓展1，试导出实现密度均匀的锥体能上滚时，锥体顶角、导轨夹角、导轨宽窄端的高度差三者之间满足的关系。

2，试求满足1的锥体上滚演示仪，正确放置锥体于轨道上时（即锥体骑在轨道上且使其轴线垂直于两轨道的角平分线的状态），锥体质心受到的沿轨道平面斜向上的力的大小。

3，若放置锥体于轨道上，略有倾斜（其轴线不垂直于两轨道的角平分线）时，研究锥体的运动，并通过实验检验自己的结论。

实验质心运动演示演示目的演示质心运动定理实验原理质点组的运动可分解为以质心为代表的质点组的整体的平动和各质点相对于质心的运动。

质心的平动遵从质心定理，及作用在质点组的合外力等于质点组质量与质心加速度的乘积。

本仪器使用的是木制哑铃。

演示刚体在外力作用下，当外力矩为零时，刚体仅作平动；当外力矩不为零时，刚体既有平动又有转动；而当作用的外力相同并初始条件相同时，刚体质心的运动情况相同。

操作说明1.将打击棒压下，用卡扣卡住。

把哑铃放在支架上，使哑铃的质心标记正对打击棒的上方。

释放卡扣，棒打击在哑铃的质心，打击力竖直过质心向上，这时作用在哑铃上的外力对质心的力矩为零，哑铃仅作平动，哑铃的连接横杆在竖直方向上水平地起落，即哑铃作竖直上抛运动，质心运动轨迹在竖直线上。

2.再将打击棒压下，用卡扣卡住。

把哑铃放在支架上，使哑铃的质心标记偏离打击棒。

释放卡扣，打击力竖直向上而不通过质心，这时作用在哑铃上的外力对质心的力矩不为零，哑铃既有平动又有转动，哑铃的连接横杆在空中旋转，即哑铃除作竖直上抛运动外，还有绕质心的转动，质心运动轨迹仍在竖直线上。

说明两种情况下质心的运动相同。

注意事项：打击力必须是强而短促的冲击力。

否则，当打击力不通过质心、打击力又不够大时，则打击过程较为缓慢，结果哑铃的一端先被抬起，在打击力和支架另一端的作用力作用下，哑铃将抛向一侧，而不是竖直向上运动。

实验拓展应用：注意质心走过的轨迹以及比较不同打击情况下，质心到达的最高点。

若打击在质心处，哑铃质心到达的高度最高，哑铃只有平动。

没有转动，平动动能与重力势能相互转化；若打击在非质心位置上，哑铃既有平动又有转动，运动过程中转动动能不变，平动动能与重力势能相互转化，哑铃上升高度较低。

实验七联球碰撞实验演示目的１．演示五个等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解２．可演示弹性碰撞时能量的最大传递。

３．可使学生对弹性碰撞过程中的动量能量变化过程有更清晰的理解。

实验原理由动量守恒和能量守恒原理，两个等质量球弹性正碰时，它们将交换速度。

七联球装置使人们自由组合联球个数，进行实验。

操作说明将仪器放置在水平桌上，拉动左侧一个球使其偏离竖直方向一定角度，松手令它与余球碰撞，观察碰撞过程。

仿上述过程，一次拉动两球、三球、多球，令它们与余球碰撞，观察碰撞过程。

手拿右（或左）n个球使偏开平衡位置，突然放手，使其与余球碰撞，观察其它球跳起的情况，并进行分析。

注意事项：1. 不要用力拉球，以免悬线断开。

2. 搬动仪器轻拿轻放，以免悬线震断。

实验拓展试用动量能量守恒原理解释实验现象。

实验角动量矢量守恒的演示演示目的通过角动量演示仪演示角动量的矢量性、进动。

实验原理一个不受外力矩的物体系统,其角动量保持守恒。

本实验是由两转盘及其轴台共同构成的物体系统,若初始状态是它相对于实验室参照系保持静止，两转盘的角动量大小相等、方向相反。

当拉动沿轴的细线使两转盘的轴的方向改变时,两转盘的角动量的矢量和在轴台轴向的投影若不为零时,则轴台将以与该投影同样大小的角动量沿相反的方向转动，故可用轴台的转动来演示角动量矢量的相加相减。

一个受重力外力矩作用的转盘将做进动。

操作说明1.将开关置于合成状态，使两盘的轴处于水平式开启电源开关，使两盘转动起来，待稳定后慢慢拉动控制两周方向的细线使轴向上翘，观察轴台连同转盘的运动。

2.松弛细线使轴向下垂，观察轴台连同转盘的运动。

3.关闭电源开关调节顺逆开关，使一个盘的转向改变而另一个盘转向不变，重复上述步骤。

4.将开关置于进动状态，开启电源开关，仪器上部的转盘转动起来，调整其轴上的平衡滑块，观察转盘的进动。

注意事项：1.事先要熟悉仪器的开关功能。

2.开启电源后，圆盘从开始转动到高速稳定需要一个过程，切勿操之过急。

3.拉动丝线时用力要轻，动作要平稳，以免弄断丝线。

实验离心节速器演示角动量守恒演示目的演示外力矩为零时转动物体的角动量守恒。

实验原理质点系绕定轴转动时,若其所受到的合外力矩为零,则质点系的角动量守恒。

延长线与转动轴相交的外力不产生外力矩,因此它也不会影响质点系的角动量。

若质点系在这种力的作用下绕定轴转动的转动惯量改变,则它的角速度将发生相应的改变以保持总角动量守恒。

操作说明1.一只手握轴上的套筒,将两个球臂撑开,另一只手拨动小球,使两球臂旋转起来。

这时转动系统的转动惯量较大。

2.将套筒向下移动,迫使两球臂收拢,由于套筒移动过程中合外力矩为零,转动系统应保持角动量守恒,而这时转动系统对中心轴的转动惯量减小,结果就是转动的角速度增大。

3.将套筒向上移动,角速度复又减小。

实验拓展试分析延长线与转动轴相交的外力对质点系的作用是否改变质点系绕定轴转动的动能。

实验离合器演示角动量守恒演示目的演示外力矩为零时,由于内力作用而使物体系转动,物体系的总角动量守恒。

实验原理由两个圆盘组成物体系,两圆盘之间由橡皮筋连接,橡皮筋的拉力是内力,其作用不改变物体系的总角动量。

橡皮筋的拉力使两圆盘从静止开始转动,物体系中的圆盘转动前,转动中将始终保持总角动量为零。

操作说明把下盘的橡皮筋沿直径挂在上盘的突出处;提起中心轴上的套筒,橡皮筋脱落,两盘沿相反方向转动;再松手使上盘压在下盘上,观察这时出现的现象。

实验拓展1.试分析松手使转动的上盘压在下盘上时两盘之间的摩擦力的影响。

2.上下盘均有一转轴(惯性系)限制它只能转动,若上下盘与转轴之间的摩擦力相同,试分析盘与转轴之间的摩擦力对实验结果的影响。

3.上下盘均有一转轴(惯性系)限制它只能转动,若上下盘与转轴之间的摩擦力不同,试分析盘与转轴之间的摩擦力对实验结果的影响。

实验陀螺仪演示目的直观地演示旋转刚体（陀螺）在外力矩作用下的进动和不受外力矩时角动量方向保持不变的特性。

实验原理绕旋转对称轴以很大的角速度转动的物体就是陀螺。

如果没有外力矩的作用,陀螺转动轴的方向（角动量方向）将保持不变，称为定轴性。

迅速转动的陀螺若受到外力矩(如重力力矩)的作用时,它并不是立即倾倒,而是转动轴绕着某固定轴缓缓转动,即角动量在外力矩的作用下进动。

由于磨擦空气阻力等因素的存在使陀螺绕对称轴转动的角速度逐渐变小,最后才慢慢地倾倒下来。

操作说明1）演示角动量守恒：将带框的陀螺仪（常平架）放在加速器上，踩脚踏开关启动陀螺。

当陀螺仪高速旋转起来时，将陀螺仪拿起，观察陀螺转轴的角度，然后手拿陀螺仪外框的轴向各个方向转动，这时陀螺转轴的角度始终不变。

2）演示刚体的进动：将无框的陀螺仪放在加速器上，踩脚踏开关启动陀螺，当陀螺仪高速旋转起来时，将陀螺仪拿起，放置于底座上，此时，陀螺仪就会绕竖直轴进动。

3）将旋转的陀螺仪放在斜坡上，它不会倒下，而会沿斜坡下滑，一边沿斜坡下滑一边绕竖直轴进动；将旋转的陀螺仪倒放在转盘上，放的位置不同，现象也不同。

注意事项：当陀螺由于阻力和摩擦力的作用而逐渐变慢时，不要让它完全静止下来。

因为这样它会从支撑点掉下来而摔坏。

当转速明显变慢时，即使把它取下来。

实验拓展陀螺(回转仪)的定轴性:火箭、导弹、舰艇的惯性导航装置中的一部分就是根据陀螺的定轴性工作的. 这是应用角动量守恒原理的一个演示。

高速旋转的物体具有定向性。

飞机上用的导航仪就是一个高速旋转的陀螺，因其角动量守恒，所以陀螺旋转的轴线始终朝着一个方向。

飞行员就可以以此来判断自己的飞行方向了。

实验科里奥利力的演示演示目的定性演示科里奥利力的存在和作用实验原理牛顿定律只在惯性系中成立，但自然界中并非都是惯性系，例如地球就是一个非惯性系。

在非惯性系中研究问题必须考虑非惯性系的影响。

引入惯性力就是为了克服它的影响，这样在非惯性系中仍可在形式上如同在惯性系中一样用牛顿定律来研究问题。

科里奥利力就是在转动参照系中研究问题时引入的一种惯性力。

科里奥利力是垂直于速度方向的惯性力，它只改变物体在非惯性系中的速度的方向，而不改变其大小。